引言
乳腺癌是全世界婦女中最常見的癌症，據相關統計，2012年新診斷病例近170萬（總體上位居第二），這約佔所有新癌症病例的12%，佔婦女所有癌症的25%。乳房切除不僅損害患者的審美外觀和功能，也對患者的心理健康造成很大的影響。除了乳腺切除術後已確定的乳腺癌的乳房再造之外，越來越多具有BRCA突變（乳腺癌易感基因）的女性（25％）正在選擇預防性乳房切除再進行乳房再造，這表明需要軟組織植入物。而常規的基於植入物的乳房再造術受到諸如包膜攣縮，感染，破裂，異物反應和間變性大細胞淋巴瘤等併發症的阻礙。
目前，為乳腺重建中滿足臨床的需求制定一種可行的方案是必要的，但重建仍然受到供體位點可用性和完整的微血管系統建立的阻礙。
因此，Heidi Declercq團隊提供了一種製造高通量，成脂分化的脂肪來源間充質幹細胞（ASC）球狀體，然後將封裝在甲基丙烯酸明膠（GelMA）中的ASC球狀體進行3D生物打印。採用高通量的非粘附瓊脂糖微凝膠系統，形成了具有理想幾何形狀和直徑的均勻ASC球體。利用生物打印技術將微組織的優勢結合到自組裝和受控組織中，這些ASC球體可以作為軟組織植入物應用到脂肪組織工程（ATE）。
近期，發表在Journal of Materials Science: Materials in Medicine雜誌上題為“Bioprinting predifferentiated adipose-derivedmesenchymal stem cell spheroids with methacrylated gelatin ink for adiposetissue engineering”
目前，為乳腺重建中滿足臨床的需求制定一種可行的方案是必要的，但重建仍然受到供體位點可用性和完整的微血管系統建立的阻礙。
圖1 在成脂分化培養基（ADM）中培養7天后球體的脂肪分化。細胞形態的可視化（左圖）和細胞外結構的沉積(III型膠原，右圖)
首先，研究團隊進行脂肪源間充質幹細胞培養，將ASC球狀體的成脂分化與2D培養進行比較，對1、4、8和13天后在SCM和ADM中培養的球狀體進行評估，結果顯示，隨時間推移，在SCM中培養的球狀體直徑減小得多，形狀上不均勻，更小，更多的多邊形，最後容易崩解，這可能和更高數量的細胞碎片有關；而在ADM中培養的球體不如SCM組明顯，在ADM組中循環度保持穩定>90%，從第1天到第13天可看出，脂肪分化組的循環度略有增加，與直徑的減小有關，並顯示出緻密性。
圖2 在SCM(a-d)中培養的球體和在ADM(e，f)中培養的球體在第1、4、8和13天的相位對比圖像（×10）
然後，團隊人員評價了接種在GelMA水凝膠上的單細胞在脂肪組和對照組中的生物相容性。結果顯示，3D生物打印ASC單細胞無細胞毒性，並保留了非打印ASC的增殖和成脂分化能力。在這兩組實驗中細胞均顯示出良好的生存能力，在ADM中培養的ASCs表現出多個空泡的多面體形態。在14天后，在GelMA中包封的單細胞中可以觀察到具有脂質的液泡，由於細胞嵌入到三維結構中，這種微環境與自然的脂肪更相關, 在GelMA中包封ASCs後長達23天，可見較高的存活率。
圖3 a-d：ASC接種在GelMA上：將20,000 ASC接種在GelMA膜上，並在對照或成脂分化培養基中培養。使用Brightfield和TxRed濾光片組合在14天時進行的油紅O染色。E-h：ASC在GelMA 10 w / v％中的封裝。白色箭頭：脂質滴
接著，將ASCs/球體封裝在GelMA中進行3D打印。在室溫（19°C）下用時間壓力打印頭（DD-135N）進行3D打印，盒式加熱器（CF-300H）設置為23°C。將3DDiscovery©設置為進給速度設置（5 mm s-1）。印刷耗時約15分鐘，完成一個六孔板，該板具有13個高1毫米的方形支架。在4°C物理膠凝30分鐘後，將構建體在8 mW cm-2的紫外光（365 nm）下於浸沒液中照射15分鐘，以抵消由於效率低下而導致的37°C支架溶解 GelMA的交聯。光交聯後，除去浸液，用PBS沖洗構建體，並加入ADM或SCM（對照），將構建體在37°C和5％CO2下孵育。
圖4 生物打印支架的尺寸為13×13×1 mm。在4°C進行物理膠凝30分鐘後，在浸入液中在8 mW cm-2的UV光（365 nm）下照射15分鐘後構造物的圖片。
最後，研究團隊在顯微鏡下觀察到細胞在封裝在GelMA的ACS支架上均勻分佈，有95%的支架在37℃下存在24h之後完好無損。在打印支架後7天，在凝膠中觀察到巨大的細胞簇。並用RT-qPCR方法對成脂分化進行了評價，分析了PPA R-γ的表達，發現在封裝在GelMA中的球狀體中觀察到成脂特異性基因的上調。
圖5 封裝在GelMA中的生物打印ASC或球體。在ADM中培養的GelMA中封裝的ASC（上排）或球狀體（下排）。在打印後第1天和第7天進行的活/死分析（Olympus IX 81）。1天和7天后觀察到良好的生存能力。在封裝的ASC中7天后觀察到生存力略有下降。
雖然該團隊提供了一種方法，打印出所需的三維結構，但是對於脂肪組織工程，主要的挑戰是在整個工程組織中建立一個血管系統，以便在體內長期生存。血管系統是AT工程（長期功能性）的必要組成部分，這是比較難以整合的。作者也提出在未來的研究中，需要進一步的研究以將內皮上皮前體細胞整合成球狀體，以在植入前體外製備血管形成前的構建體並刺激脂肪形成來進行脂肪組織的重建。
