[发明专利]基于3D生物打印技术高效诱导间充质干细胞向汗腺分化的方法

说明书

本发明提供了一种基于3D生物打印技术高效诱导间充质干细胞向汗腺分化的方法，该方法包括如下步骤：(1)将生物墨水、MSC悬浮液和小鼠足趾部真皮基质匀浆通过3D打印技术进行打印得到含MSC的3D打印基质；(2)将含有MSC的3D打印基质进行交联；(3)将交联后3D打印基质进行培养获得汗腺细胞；其中，生物墨水的杨氏模量为160‑380kPa，且孔隙率为0.5‑0.7；本发明所提供的3D生物打印基质在不改变微观结构的前提下改进了水凝胶生物墨水的硬度，该方法实现了对皮肤真皮基质硬度的模拟，实验结果表明，该方法构建的3D生物打印基质能够更高效的诱导MSC向功能性汗腺分化。

技术领域

本发明涉及干细胞分化技术领域，特别涉及基于3D生物打印技术高效诱导间充质干细胞向汗腺分化的方法。

背景技术

覆盖在机体表面的皮肤是机体最大的器官，其强大的防御能力能够为机体抵御感染、损伤以及烧(创)伤等各种外界环境的侵害。维持机体的热平衡是机体能够正常运转的重要环节，热平衡的失调会导致一系列严重的并发症，如中暑、高热、热惊厥、热休克甚至是死亡。汗腺作为皮肤附属器之一，其正常的发汗功能是机体维持热平衡的最重要的途径。由此可见，汗腺的存在以及功能的完整对于机体来说是不可或缺的。在临床上，烧(创)伤引起的大面积真皮层皮肤缺失是导致汗腺缺失最主要的原因。因此，在烧(创)伤领域的研究中，针对含汗腺的皮肤再生的相关研究是该领域内不可回避的重要部分。

在既往研究中，针对汗腺细胞再生的研究多集中在二维结构，这不仅无法模拟细胞在机体中所处的三维立体环境，也无法有效地研究物理因素对干细胞分化的影响。仅有的少数关于三维环境下汗腺再生的研究，也因三维架构的硬度较低导致其研究成果难以实现临床转化。

现有关于汗腺修复的的研究较少，如申请号:CN201910895337.6的专利公开了一种诱导汗腺功能性修复的方法，该方法主要应用质粒转染技术诱导表皮干细胞向汗腺细胞分化，并未考虑三维环境以及物理因素对干细胞的影响，且该方法中汗腺细胞的分别必须依赖表皮干细胞，应用范围有限。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种基于3D生物打印技术高效诱导间充质干细胞向汗腺分化的方法，该方法包括如下步骤：

(1)将生物墨水、MSC悬浮液和小鼠足趾部真皮基质匀浆通过3D打印技术进行打印得到含MSC的3D打印基质；

(2)将含有MSC的3D打印基质进行交联；

(3)将交联后3D打印基质进行培养获得汗腺细胞；

其中，生物墨水的杨氏模量为160-380kPa，且孔隙率为0.5-0.7。

表皮干细胞与汗腺细胞为同谱系分化，难度较小。而间充质细胞向汗腺细胞分化为跨谱系分化，难度更大。在临床转化应用中，间充质干细胞的易获取性以及汗腺的重要功能使得针对间充质干细胞向汗腺细胞分化的研究有着重要的意义，现有的关于生物墨水中的汗腺分化研究，所应用的水凝胶生物墨水强度低导致其可成型性较差，临床转化难度大，本发明针对该技术难题进行研究，发现当使用杨氏模量为160-380kPa，且孔隙率为0.5-0.7的生物墨水与SC悬浮液和小鼠足趾部真皮基质匀浆打印得到的3D打印基质再进行交联、培养，得到的类汗腺细胞团更大，杨氏模量适中。

进一步地，步骤(1)的含MSC的3D打印基质的制备方法如下：取体积比为2:0.25-2:18的浓度为1.0×10⁷cell/ml的MSC悬浮液、小鼠足趾部真皮基质匀浆和生物墨水混合均匀后密封在无菌打印注射器中，将密封后的无菌打印注射器放置在4℃冷却15-30min后，将无菌打印注射器安装在生物打印平台的打印臂上，设置温度为15℃，同时将培养皿放在3D生物打印平台，设置温度为4℃，使用打印喷嘴构建含MSC的3D打印基质，即得载有MSC的3D打印基质。