组织工程的主要挑战之一在于充足的氧气和养分供应，尤其是当这些组织的大小超过被动扩散极限时。近日，哈佛大学医学院Y. Shrike Zhang教授课题组提出了通过共生光合作用来实现从内部对于工程化组织的氧气供给，其中3D生物打印的单细胞绿藻（莱氏衣藻）结构充当了天然光合氧气发生器。生物打印的莱氏衣藻结构增强了周边哺乳动物细胞的活性和功能，同时有效抑制了组织内的低氧条件。有趣的是，在最初的光合作用释氧期间达到足够的动物细胞密度之后，打印的莱氏衣藻结构可以被从组织基质中有效的酶促去除，随后将形成的空心可灌注微通道内皮化，从而获得血管化的动物组织。在本文工作中，莱氏衣藻与人类细胞共培养的可行性、牺牲式生物墨水的可打印性和酶促降解性、以及对莱氏衣藻作为全天然、纯生态、成本效益高且可持续氧气来源的探索，预期将会促进组织工程、组织模型工程及食品工程等各领域的发展。

图1. 3D生物打印莱氏衣藻结构及其光合氧气释放。

图2. A. 共培养条件下3D生物打印衣藻结构对类肝脏组织氧气含量的影响。B. 3D生物打印衣藻结构在类肝脏组织内的酶促降解及空心管道的形成。C. 管道内皮化促使血管化类肝脏组织的形成。

  该研究成果以“Bionic Photosynthetic Oxygenation within 3D-Bioprinted Vascularized Tissues”为题发表在Cell子刊Matter上。Y. Shrike Zhang教授为本文的通讯作者。

  论文链接：https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(20)30576-2

作者简介

  Y. Shrike Zhang博士于美国哈佛大学医学院担任助理教授，2013年和2011年于Georgia Institute of Technology和Washington University in St. Louis生物医学工程系取得博士和硕士学位。研究领域包括生物打印及器官芯片平台的搭建与应用研究，在相关领域发表研究论文及综述200余篇，包括以第一或通讯作者发表的PNAS、Science、Nat. Rev. Mater.、Matter、Nat. Commun.、Nat. Protoc.、Adv. Mater.、ACS Nano、Angew. Chem. Int. Ed.、Biomaterials 等，其中超过40篇封面文章；研究成果曾被BBC、Fox News、The Boston Globe/STAT News、Science Daily、Technology Networks、IEEE Spectrum、C&EN、《科技日报》等报道。担任十余本杂志的主编、副主编或编委，曾获得多种国际和地区性奖项40余项。课题组网页：https://shrikezhang.com/