美国卡内基梅隆大学Phil G. Campbell教授利用MicroFab的喷墨打印技术制备细胞外囊泡（EVs）微环境，解决了由于缺乏明确的固相外泌体/ECM微环境的体外模型的问题，用于研究外泌体介导的ECM效应的机制，该技术也可以直接转化为体内应用，用于向组织递送局部外来体。

介绍

细胞外囊泡（EVs）是一种由蛋白质磷脂膜包裹的异质囊泡群，EVs存在于所有体液中，并在健康和疾病中介导局部和全身细胞间通讯，EV介导的细胞间通信在正常和病理生理条件下都发挥着关键作用。外泌体是细胞外囊泡的一个子集，其运输多种细胞信号分子，与生长因子类似，外泌体以可溶液相形式和固定固相形式存在，结合在细胞外基质（ECM）内。外泌体因其作为疾病生物标志物和治疗靶点的潜力而受到越来越多的关注（如图1所示）。

由于缺乏明确的固相外泌体/ECM微环境的体外模型，外泌体与ECM组分在细胞间通讯过程中的相互作用知之甚少，外泌体和ECM组分之间的这些相互作用机制可能决定了组织中外泌体驱动的重编程的程度，目前尚不清楚。美国卡内基梅隆大学Phil G. Campbell教授利用MicroFab的喷墨打印技术（60µm口径的喷头）制备细胞外囊泡（EVs）微环境，从三种表型不同的巨噬细胞亚群中分离出外泌体，M0（非活化）、M1（促炎性）和M2（促再生）小鼠巨噬细胞。在生物制造过程中，评估了不同的生物墨水配方的喷墨可靠性和外泌体膜稳定性，通过评估其对C2C12细胞肌生成的影响，评估生物打印微环境的生物活性。

▲ 图2 外泌体墨水配方和生物印刷；a）定制喷墨生物打印机的照片；b）各种外来体生物墨水配方的Zeta潜在值；c）不同外泌体油墨配方的液滴体积；d）不同外来体油墨配方的液滴速度；e）珠上流式细胞仪直方图，显示生物打印过程中外来体膜的稳定性。

Phil G. Campbell教授团队选择了涂有100µg/ml 1型胶原的盖玻片进行体外研究（图3A）。60µm喷头以1.8±0.52 m/s的速度产生约70±4.87pl的液滴，沉积点径约75µm。PKH26标记的外泌体的浓度调制阵列的模式，每个尺寸为0.5mm×0.5mm，在1型胶原涂层的盖玻片上创建，如图3B所示。图案由单个沉积液滴之间的80µm间距组成。为了研究喷嘴直径对沉积液滴直径的影响，使用双喷墨设置（60µm和30µm）打印组合阵列，如图3C所示。PKH67（伪绿色）标记的外泌体用30µm喷头打印，间距为100µm，沉积点径为40µm，而PKH26（伪红色）标记的外泌体用60µm喷头打印，间距为200µm，沉积点径为75µm。如图3D所示，M1和M2外泌体的印刷图案在细胞培养条件下在1型胶原涂层盖玻片上持续96小时。

▲ 图3 a）PKH26标记的外泌体与不同ECM涂覆的盖玻片的结合效率；b）外泌体微环境对1型胶原涂层盖玻片的打印调节，60µm喷头产生直径约75µm的点；c）两种不同外泌体群体的组合阵列显示了对沉积液滴分辨率的控制；d）外泌体模式在体外条件下持续4天。

结论

首次展示了高度受控的基于喷墨的生物制造，明确定义的外来体微环境具有生物活性，以空间受控的方式影响细胞行为。通过利用从不同巨噬细胞亚群（M0、M1和M2）分离的外泌体并通过测定其对C2C12细胞肌生成的影响，确认了生物打印微环境的生物活性和对细胞反应的空间控制。这些观察结果可以转化为固定化策略，允许制造定义明确的固相外泌体微环境，以更好地理解其生物学，并最终实现外源性载药外泌体的可控、局部递送，与其天然货物协同工作。喷墨打印技术将有助于研究固相外泌体在生理和病理生理条件下的作用，并代表了一种定位外泌体递送的新方法。

参考文献：
[1] Yerneni S S ,  Whiteside T L ,  Weiss L E , et al. Bioprinting exosome-like extracellular vesicle microenvironments[J]. Bioprinting, 2019.