Cell子刊：中山大學(xué)劉純團隊開發(fā)無縫打印平臺，讓血管與微環(huán)境實現(xiàn)“無縫對話”！

在人體組織中，血管絕非簡單的運輸通道，它們與周圍微環(huán)境（如成纖維細胞、免疫細胞、細胞外基質(zhì)）時刻進行著復(fù)雜的“對話”。這種對話在組織再生、傷口愈合乃至腫瘤發(fā)展中扮演著核心角色。然而，現(xiàn)有的研究模型，如二維培養(yǎng)或傳統(tǒng)3D生物打印，往往在材料間引入人工界面，形成一道道“墻”，阻隔了細胞間自然的物理接觸與信號交流。這就好比在通話中加了靜音鍵，讓我們無法真正理解血管是如何在生理或病理狀態(tài)下，通過與鄰居的直接“握手”來傳遞關(guān)鍵指令的。

2026年3月20日，中山大學(xué)劉純團隊在《Trends in Biotechnology》期刊發(fā)表題為《Seamless vessel-microenvironment bioprinting reveals contact-dependent vascular communications》的研究成果，報道了一種名為“懸浮基質(zhì)”的新型膠原蛋白基生物打印系統(tǒng)，成功打破了材料間的界限，為揭開血管與微環(huán)境間的隱秘對話提供了強大工具。

研究團隊首先開發(fā)了一種由膠原蛋白和藻酸鹽構(gòu)成的支撐浴，并加入納米級聚乙二醇化多面體低聚倍半硅氧烷進行改性。通過精確調(diào)控流變學(xué)性質(zhì)，這種材料在打印時呈液態(tài)以保護細胞，升溫后則固化為連續(xù)且無界面的三維微環(huán)境。其自愈合和剪切稀化特性確保了打印結(jié)構(gòu)的保真度，能輕松構(gòu)建出螺旋、圓錐等復(fù)雜幾何形狀，為后續(xù)研究鋪平了道路。

為了模擬真實的組織環(huán)境，團隊采用了“同源”策略，即生物墨水和支撐浴的主要成分均為I型膠原蛋白。這種設(shè)計徹底消除了不同材料間的界面，允許細胞在打印后自由遷移和相互作用。高分辨率打印驗證顯示，該方法能精準構(gòu)建多層網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，且在微觀結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能和成分上與天然細胞外基質(zhì)高度相似，為細胞提供了無縫銜接的家園。

在驗證了材料的生物相容性后，團隊利用該平臺研究了血管與間質(zhì)干細胞間的相互作用。通過設(shè)計空間上相鄰或直接接觸的兩種模型，他們發(fā)現(xiàn)，相比于僅靠分泌信號的“非接觸”模式，干細胞與血管內(nèi)皮細胞的直接物理接觸更能顯著促進血管成熟：內(nèi)皮細胞擴增率達到280%，且血管成熟標志物CD144和CD146的表達顯著提升。這表明，直接的“握手”是驅(qū)動血管功能成熟的關(guān)鍵。

進一步，團隊將平臺應(yīng)用于腫瘤微環(huán)境建模。他們構(gòu)建了包含內(nèi)皮細胞、乳腺癌細胞和癌癥相關(guān)成纖維細胞的三組分模型。結(jié)果顯示，在成纖維細胞存在下，血管擴張幅度和腫瘤侵襲能力均顯著增強，腫瘤與血管間的距離在14天內(nèi)幾乎完全閉合。成纖維細胞不僅自身向血管聚集，還重塑了基質(zhì)，為腫瘤細胞開辟了通向血管的“通路”，生動再現(xiàn)了病理狀態(tài)下復(fù)雜的細胞協(xié)同作用。

最后，為了深入解析細胞間的“對話”內(nèi)容，團隊對病理模型進行了單細胞測序分析。結(jié)果揭示了腫瘤微環(huán)境中內(nèi)皮細胞發(fā)生了向間質(zhì)轉(zhuǎn)化的轉(zhuǎn)錄組重編程，并描繪了復(fù)雜的配體-受體通訊網(wǎng)絡(luò)。例如，內(nèi)皮細胞通過COL6A1與腫瘤細胞表面的CD44結(jié)合，直接促進腫瘤侵襲；同時，又與成纖維細胞通過COL6A1-SDC4軸相互作用，協(xié)同重塑微環(huán)境。這些分子層面的發(fā)現(xiàn)，將宏觀的細胞行為與微觀的分子機制緊密聯(lián)系起來。

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