深圳大學(xué)《CEJ》: 3D打印大孔/互連微通道的水凝膠支架用于組織工程血管化

來源：高分子材料科學(xué)

三維(3D)支架中的大孔和相互連接的微通道是支持新組織生長和血管化的重要架構(gòu)療法。迄今為止，具有設(shè)計的大孔和完全互連的微通道（FIM）網(wǎng)絡(luò)的水凝膠支架的制造仍然是一個挑戰(zhàn)。

深圳大學(xué)報告了一種通過3D打印和表面交聯(lián)有效制造包含設(shè)計的大孔和FIM網(wǎng)絡(luò)的水凝膠支架的簡便方法。

用簡單的方法制造復(fù)雜支架
在這項研究工作中所涉及的3D支架和支管網(wǎng)絡(luò)是通過 3D 打印藻酸鹽基水凝膠制造的。基于計算機(jī)輔助設(shè)計 (CAD)和計算機(jī)輔助制造(CAM)的3D打印可以對支架的結(jié)構(gòu)和大孔進(jìn)行精細(xì)控制。之后，將支架浸泡在交聯(lián)溶液（如CaCl2或CuCl2) 一段時間。

打印后的長絲表面迅速交聯(lián)，而長絲內(nèi)部仍保持溶膠狀態(tài)，未發(fā)生交聯(lián)。從長絲中去除未交聯(lián)的水凝膠后，獲得了具有設(shè)計的大孔和完全互連的微通道的3D支架和分支管狀網(wǎng)絡(luò)。最后，支架通過后處理完全交聯(lián)以加強(qiáng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性（圖1a）。

圖1 全互連微通道支架的制備方案。

微通道的大小可以通過打印噴嘴的大小、水凝膠的濃度、交聯(lián)劑的濃度和交聯(lián)時間進(jìn)行調(diào)整。創(chuàng)建的 FIM 支架在后處理后顯示出改善的機(jī)械性能和結(jié)構(gòu)完整性。具有屏障功能的通道壁賦予支架在微通道中快速灌注液體的能力。人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞很好地粘附在具有高細(xì)胞活力的微通道內(nèi)表面。體內(nèi)研究表明，不僅在支架和宿主組織之間的界面區(qū)域，而且在FIM支架的中心，都有促進(jìn)血管形成的優(yōu)異性能。它還表明FIM支架具有促進(jìn)傷口愈合的潛在能力。

總之，這項研究提出了一種簡單的方法來制造具有大孔和FIM網(wǎng)絡(luò)的水凝膠支架，并展示了它們在組織工程應(yīng)用中的強(qiáng)大潛力。

上圖（圖2 ）中，支架在不同交聯(lián)劑（CaCl2、CuCl2和 FeCl3）中孵育產(chǎn)生的中空通道的通道直徑（a）、通道壁厚（b）和圖片（c）。通過將支架在不同濃度的交聯(lián)劑（CaCl2、CuCl2和 FeCl3）中孵育5秒產(chǎn)生的中空通道的通道直徑（d）、通道壁厚（e）。注入紅色墨水的 FIM 支架圖像 (f)，以及 8 層 FIM 支架的顯微 CT 分析。FIM 支架(h)的 SEM 和元素映射圖像。

上圖（圖 4）中， 用 FIM 支架培養(yǎng) 1、3、5 和 7 天的 HUVECs 的熒光圖像 (a) 和細(xì)胞活力 (b)。在 FIM 支架的通道中培養(yǎng)3天的 HUVEC 的共聚焦圖像。在 F-肌動蛋白 (紅色)、CD31 (綠色) 和細(xì)胞核 (藍(lán)色) (h, i) 共同免疫染色后7 天，在 FIM 支架的通道中培養(yǎng)的 HUVEC 的共聚焦圖像。在 FIM 支架外表面培養(yǎng) 1、3、5 和 7 天的成纖維細(xì)胞的活/死染色 (jl) 和增殖 (m)。

相關(guān)論文以題為3D printed hydrogel scaffolds with macro pores and interconnected microchannel networks for tissue engineering vascularization發(fā)表在《Chemical Engineering Journal》上。通訊作者是深圳大學(xué)羅永祥副教授。