PNAS：中国古代木版印刷术激发新的细胞打印技术

在最近的《PNAS》杂志上发表的一项最新研究中，美国和台湾的研究人员受中国古代木版印刷术的启发，开发出一种新的细胞打印方法，称为“Block-Cell Printing”或“BloC-Printing”。 这项新的打印技术，能够将活细胞的存活率显著提高到接近100%，可让科学家们在几乎所有表面，有效地打印不同形状的各种动物细胞。

　　

生物通报道：细胞打印（Cell printing），可能不像3D打印那样成为新闻头条，但它可能是组织再生（tissue regeneration）的未来。在去年12月份，剑桥大学带领的研究小组宣布，他们可以打印大鼠的眼细胞（Lorber et al. “Adult rat retinal ganglion cells and glia can be printed by piezoelectric inkjet printing.” Biofabrication published online 17 December 2013.），在通往打印眼部组织移植物的道路上，迈出了概念验证性的一步。另外，在2013年2月份，英首次将人类胚胎干细胞用于三维打印。

大多数现有的细胞打印方法都是基于喷墨打印技术，但这种技术有其局限性。目前，美国德克萨斯大学、康奈尔大学、休斯敦卫理公会研究所和台湾中国医药大学的科学家组成的研究小组提出了另外一种方法，在某种程度上，他们受到木版印刷技术的启发，自3世纪以来这种古老的技术就已在中国使用。研究人员在最近的《PNAS》杂志上描述了这种新方法，称为“Block-Cell Printing”或“BloC-Printing”，并指出，这项新的打印技术，能够显著提高活细胞的存活率，可让科学家们在几乎所有表面，有效地打印不同形状的各种动物细胞。

研究人员写道，他们用过喷墨印刷这样的技术来尝试打印一层细胞。喷墨印刷就是，将充满细胞的液体（“墨水”）挤压到一个平面图案的表面。但是，要使细胞平躺成单细胞层，并将其精确地放到指定位置，很难有效地做到。最重要的是，细胞存活率通常只有50%到80%。

因此，该研究小组将注意力转向中国木版印刷，这种技术主要是利用墨水填充的木制印章在纸上印刷。这项研究工作是由休斯敦卫理公会研究所的张凯（音译，Kai Zhang）带领，他指出：“木版印刷是一种高效、便捷的技术，彻底改变了印刷界。”

论文写道，在过去的二十年左右，相似的方法已经被用于分子印刷（molecular printing），分子印刷需要极大的精度，但是还没有在活细胞中尝试使用这类技术。

科学家们设计了以硅树脂为原料的木版状印章，沿沟道两边构建了间隔规律的弯钩状结构。然后他们利用真空压力，将细胞内液体吸到模具的另一端，从而使液体挤过印章的凹槽。这些弯钩具有一个12微米宽的碗状物，这种结构对于捕捉细胞是非常完美的，就如同一个棒球打入接手棒球手套的深口袋里。

一旦一个吊钩被填满，其它细胞就会经过并填满其它空的吊钩。这能够保证所有细胞均匀且单独地间隔排列。这个模具被挤压到一个表面上，然后拿开，就会在表面上留下细胞图案。

利用这种方法，科学家们能够将Hela癌细胞（人宫颈癌细胞）排列到有序的网格中，并比较某些细胞的转移潜能。他们还将神经元打印到一个网格模型中，观察它们形成突触连接和autaptic连接。

科学家们发现，这种古老但新颖的方法能够在半个小时内快速完成，细胞存活率接近100%。他们还能打印相距仅有5微米的细胞——这不是一个糟糕的分辨率，因为细胞大约有10到30微米宽。

这项技术也有一些缺点：我们不能使用这种技术来打印多层细胞，因为这个过程花费的时间比喷墨印刷还长。但是研究人员称，这项技术可能比较便宜，制造每个模具的材料成本只有约1美元，而喷墨细胞打印技术的成本为几万或几十万美元。（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
Block-Cell-Printing for live single-cell printing
Abstract: A unique live-cell printing technique, termed “Block-Cell-Printing” (BloC-Printing), allows for convenient, precise, multiplexed, and high-throughput printing of functional single-cell arrays. Adapted from woodblock printing techniques, the approach employs microfluidic arrays of hook-shaped traps to hold cells at designated positions and directly transfer the anchored cells onto various substrates. BloC-Printing has a minimum turnaround time of 0.5 h, a maximum resolution of 5 µm, close to 100% cell viability, the ability to handle multiple cell types, and efficiently construct protrusion-connected single-cell arrays. The approach enables the large-scale formation of heterotypic cell pairs with controlled morphology and allows for material transport through gap junction intercellular communication. When six types of breast cancer cells are allowed to extend membrane protrusions in the BloC-Printing device for 3 h, multiple biophysical characteristics of cells—including the protrusion percentage, extension rate, and cell length—are easily quantified and found to correlate well with their migration levels. In light of this discovery, BloC-Printing may serve as a rapid and high-throughput cell protrusion characterization tool to measure the invasion and migration capability of cancer cells. Furthermore, primary neurons are also compatible with BloC-Printing.