基于3D生物打印技术的角膜缘干细胞亚群生态位模型构建及其在角膜疾病研究中的应用

推荐 为解决角膜缘干细胞（LSCs）生态位复杂性建模难题，芬兰研究人员开发了一种结合两种hPSC-LSC亚群（ABCG2+和p63+）的3D生物打印角膜缘生态位模型。该模型通过混合水凝胶支架精确模拟天然组织力学环境，验证了其结构稳定性、细胞活性及伤口愈合响应能力，为角膜再生研究提供了创新平台。

　　

角膜作为眼睛前部透明结构，其健康依赖于角膜缘干细胞（LSCs）的持续更新。然而，传统二维培养无法再现角膜缘复杂的微环境，导致干细胞行为偏离生理状态。近年来，研究发现LSCs存在显著异质性，包括ABCG2⁺静息态和p63⁺增殖态亚群，但其协同作用机制尚未明确。为突破这一瓶颈，芬兰研究人员采用混合3D生物打印技术，构建了首个整合两种hPSC-LSC亚群及天然力学特性的角膜缘生态位模型。

该团队首先利用聚丙烯酰胺（PA）凝胶铸造技术制备刚性支架，随后通过挤出式生物打印将透明质酸（HA）基水凝胶精确沉积于支架表面，形成仿生角膜缘隐窝结构。HA生物墨水不仅提供细胞黏附位点，其弹性模量（E=8 kPa）更接近天然角膜缘组织。实验表明，打印后的双亚群LSCs在体外培养一周内保持高活性，并维持p63⁺和ABCG2⁺特异性标志物表达。

为验证模型功能，研究人员引入碱性烧伤损伤模型模拟角膜损伤。结果显示，两种LSCs亚群呈现非同步的caspase-3激活模式——ABCG2⁺细胞在48小时内延迟凋亡，而p63⁺细胞更早启动修复程序。这种时空差异性响应与天然组织再生过程高度吻合，证实了模型的病理生理相关性。

研究结论指出，该平台成功再现了角膜缘的机械特性、细胞异质性和动态修复能力，为解析LSCs调控机制提供了新工具。其创新性体现在三方面：首次实现hPSC-LSC亚群空间分区打印；通过材料力学匹配优化生态位功能；建立标准化损伤评估体系。该技术可扩展应用于其他组织微环境建模，并推动个性化角膜再生疗法开发。

关键方法
本研究采用混合生物打印技术构建角膜缘模型，整合了聚丙烯酰胺（PA）凝胶铸造与透明质酸（HA）基水凝胶打印工艺。通过挤出式生物打印机将两种hPSC-LSC亚群（ABCG2⁺和p63⁺）精准定位至仿生隐窝结构，结合机械性能测试与免疫荧光分析验证模型功能。损伤实验采用标准化碱性烧伤模型评估组织反应动力学。