基于DLP生物3D打印納米粒子穩(wěn)定乳膠生物墨水制造多孔組織結(jié)構(gòu)

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)工程國家重點實驗室　


生物打印組織結(jié)構(gòu)的一個挑戰(zhàn)是使封裝細(xì)胞的活力和功能得以實現(xiàn)，通過生物墨水的合理設(shè)計和制備可以創(chuàng)造適當(dāng)?shù)纳�物物理條件，為克服這些挑戰(zhàn)提供希望。第三軍醫(yī)大學(xué)的研究人員介紹了一種基于數(shù)字光處理技術(shù)的生物3D打印技術(shù)，應(yīng)用納米粒子穩(wěn)定乳膠生物墨水直接制造多孔組織結(jié)構(gòu)，如圖1所示。乳膠生物墨水是右旋糖酐微滴和明膠甲基丙烯酰溶液的混合物，通過β-乳球蛋白納米粒子進(jìn)一步使混合物保持穩(wěn)定。生物3D打印后，通過去除打印的組織結(jié)構(gòu)中右旋糖酐形成大孔結(jié)構(gòu)，從而提供良好的生物物理條件，促進(jìn)被封裝細(xì)胞的生長、增殖和遷移。將生物3D打印的含有軟骨細(xì)胞的氣管形結(jié)構(gòu)植入體內(nèi)，結(jié)果表明，生成的大孔結(jié)構(gòu)有利于軟骨組織的重建。該研究開發(fā)了一種先進(jìn)的生物墨水，通過原位激活細(xì)胞的行為和功能來制造活組織結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了生物3D打印的發(fā)展。

圖1 DLP 3D打印納米粒子穩(wěn)定乳膠生物墨水示意圖

研究人員開發(fā)的混合乳膠生物墨水，集成了細(xì)胞/蛋白質(zhì)和右旋糖酐/納米粒子兩種不相混的水相，該生物墨水使右旋糖酐液滴在連接的GelMA溶液中成為可能。同時，將B-LG NPs添加到上述復(fù)合溶液中，通過錨定在右旋糖酐液滴表面進(jìn)行穩(wěn)定。光聚合后，加入的右旋糖酐液滴可以浸入培養(yǎng)介質(zhì)或植入體內(nèi)去除，從而在結(jié)構(gòu)體內(nèi)留下大孔。在3D打印的多孔結(jié)構(gòu)中，被封裝細(xì)胞的增殖和遷移現(xiàn)象明顯。經(jīng)皮下植入裸鼠后，具有多孔結(jié)構(gòu)的3D打印氣管顯示支持軟骨細(xì)胞存活和繁殖的能力，在體內(nèi)可以成功誘導(dǎo)軟骨重建。

圖2 三維結(jié)構(gòu)和細(xì)胞活性評價

該研究開發(fā)的先進(jìn)混合乳膠生物墨水提出了一種新的原位成孔有效策略，可以提高生物3D打印組織結(jié)構(gòu)中細(xì)胞活力和功能，對組織工程和再生醫(yī)學(xué)的生物材料設(shè)計制備具有啟發(fā)意義。

參考文獻(xiàn)： Tao J, Zhu S, Zhou N, et al. Nanoparticle-Stabilized Emulsion Bioink for Digital Light Processing Based 3D Bioprinting of Porous Tissue Constructs[J]. Adv Healthc Mater, 2022: e2102810.