供稿人：連偉龍 連芩 供稿單位：西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 發(fā)布日期：2022-09-18
生物3D打印技術(shù)可以制造具有精確特征的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用前景日益廣闊。然而，大多數(shù)水凝膠類生物墨水在生物3D打印后不能快速交聯(lián)穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)預(yù)期架構(gòu)的高分辨率和高保真度。美國(guó)伊利諾伊大學(xué)的研究人員利用剪切稀化和離子交聯(lián)氧化甲基丙烯酸海藻酸鹽(OMAs)作為生物墨水，其生物3D打印后由于墨水含有海藻酸鹽和鈣離子可以實(shí)現(xiàn)快速交聯(lián)，并進(jìn)一步通過(guò)二次光交聯(lián)使結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，如圖 1所示。
圖1 光-鈣雙交聯(lián)OMA生物墨水示意圖
將配置完成的OMA生物墨水與含鈣離子和光引發(fā)劑的溶液充分混合之后，打印成型復(fù)雜結(jié)構(gòu)，并進(jìn)一步通過(guò)紫外光照射，使結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的體外培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部干細(xì)胞的生長(zhǎng)和分化。研究人員通過(guò)打印含人間充質(zhì)干細(xì)胞的的OMA生物墨水可以成功誘導(dǎo)形成耳軟骨組織，在經(jīng)過(guò)打印和光交聯(lián)后，細(xì)胞依舊具有很高的存活率，如圖2所示。
(a)雙交聯(lián)后的軟骨組織 (b)雙交聯(lián)后的細(xì)胞活性 (c)甲苯胺藍(lán)O染色軟骨形成 圖2含人間充質(zhì)干細(xì)胞的OMA生物墨水3D打印結(jié)構(gòu)
研究人員成功地證明了含干細(xì)胞鈣交聯(lián)OMA水凝膠可以生物打印成具有高分辨率和高保真度的復(fù)雜三維組織結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步的光交聯(lián)使該結(jié)構(gòu)能夠長(zhǎng)期培養(yǎng)，通過(guò)囊化的人間充質(zhì)干細(xì)胞分化形成功能性組織。此外可以結(jié)合OMA水凝膠和其他類型的細(xì)胞和生物活性因子，設(shè)計(jì)其他復(fù)雜結(jié)構(gòu)的人工組織。