含人重組彈性蛋白原的生物墨水——人工組織的新選擇

供稿人:謝璇璇、高琳 供稿單位：機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室

近日，加州大學(xué)團隊研制出以改性人重組彈性蛋白原作為主要成分的新型生物墨水，在生物3D組織打印，尤其是人工心臟打印上具有應(yīng)用潛力與前景。

圖1 生物墨水的組成

人重組彈性蛋白原的彈性來自于三維結(jié)構(gòu)中疏水區(qū)域與親水區(qū)域的相互作用，其鏈結(jié)構(gòu)如圖所示。將人重組彈性蛋白原與明膠分別用甲基丙烯酸酐改性，引入交聯(lián)基團，分別得到主成分Metro及GelMa，并采用苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)磷酸鋰鹽（LAP）作為交聯(lián)劑，可在405nm光照射下交聯(lián)固化。生物墨水中的GelMA提供適宜的細胞培養(yǎng)環(huán)境，強化墨水的可打印性；MeTro的加入增強了打印結(jié)構(gòu)的彈性和機械穩(wěn)定性及生物相容性，并獲得體內(nèi)降解的能力。

圖2 打印參數(shù)的測定及打印保真度驗證

雖然GelMa的加入增加了流變性能，未固化的墨水缺乏提供機械穩(wěn)定性的能力，在離開噴嘴后立即變形。支持浴技術(shù)解決了這個問題，打印過程中，打印結(jié)構(gòu)被主要由交聯(lián)的聚丙烯酸顆粒包圍支撐。光聚合后，通過加入一價陽離子，如杜爾貝科磷酸鹽緩沖鹽(DPBS)，將聚丙烯酸顆粒液化，獲得打印結(jié)構(gòu)。

研究團隊在不同的打印速度(10~50mm·s-1)和擠壓壓力(5~25KPa)下測試出新型生物墨水最佳打印工藝參數(shù)。在各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)，如心臟切片，晶格結(jié)構(gòu)打印保真度良好。系列測試說明新型生物墨水具備打印可用結(jié)構(gòu)的資質(zhì)。

圖3 帶血管心臟結(jié)構(gòu)制造示意圖及其上細胞存活率測定

圖4 帶血管心臟結(jié)構(gòu)屏障功能及自發(fā)搏動功能測試

在實際應(yīng)用層面，由該墨水打印帶血管心臟結(jié)構(gòu)，通過對FITC-Dex熒光素的擴散觀察，發(fā)現(xiàn)打印結(jié)構(gòu)具備內(nèi)皮屏障功能；而搏動量化實驗發(fā)現(xiàn)打印結(jié)構(gòu)具備心肌細胞的自發(fā)搏動。這兩項是心臟組織的重要功能，展示了新型生物墨水在人工心臟打印中的應(yīng)用潛力。

參考文獻：
Lee, S., Sani, E. S., Spencer, A. R., Guan, Y., Weiss, A. S., Annabi, N., Human‐Recombinant‐Elastin‐Based Bioinks for 3D Bioprinting of Vascularized Soft Tissues. Adv. Mater. 2020, 2003915.