上海團(tuán)隊(duì)研發(fā)水凝膠生物墨水 解決3D打印器官的抑菌保濕等問題

來源：中國青年報(bào)

近日，國家兒童醫(yī)學(xué)中心（上海）、上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬上海兒童醫(yī)學(xué)中心付煒、王偉團(tuán)隊(duì)聯(lián)合東華大學(xué)游正偉教授團(tuán)隊(duì)在權(quán)威期刊《Matter》（中文名《材料》）在線發(fā)表了題為“Intrinsically Cryopreservable Bacteriostatic Durable Glycerohydrogel Inks for 3D Bioprinting”（可直接細(xì)胞凍存的抑菌3D生物打印甘油水凝膠墨水）的研究成果。該論文首次提出了將甘油用于調(diào)控“自由水”狀態(tài)進(jìn)而合成甘油水凝膠生物墨水的概念，并證實(shí)了該款生物墨水具有抑菌性、形狀保真、適合3D生物打印和細(xì)胞凍存保護(hù)等一系列特性，具有廣泛的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用前景。

3D生物打印能夠制備不同形態(tài)、不同細(xì)胞成分的3D組織模型，因此在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中發(fā)揮著越來越重要的作用，被廣泛應(yīng)用于再生醫(yī)學(xué)、疾病建模和藥物篩選等領(lǐng)域。

相關(guān)實(shí)驗(yàn)說明解析。受訪者供圖

但實(shí)現(xiàn)3D生物打印的關(guān)鍵是“生物墨水”。水凝膠憑借著優(yōu)異的生物相容性以及能夠模擬細(xì)胞外基質(zhì)的特點(diǎn)，成為常用的生物墨水材料之一。以往對水凝膠生物墨水的研究主要聚焦于3D生物打印后組織的細(xì)胞相容性和細(xì)胞存活率。但普通水凝膠生物墨水客觀上為細(xì)菌繁殖提供了潮濕和封閉的環(huán)境，所含有的水分也容易蒸發(fā)。生物墨水抑菌能力差、3D打印組織難以長期形狀保真、3D打印組織的冷凍保存效果不佳等問題一直困擾著3D生物打印技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

目前，從全球范圍來看，亟需建立一種新的生物墨水體系，以促進(jìn)3D打印技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。

上海兒童醫(yī)學(xué)中心與東華大學(xué)合作開發(fā)了一種多功能甘油水凝膠作為生物墨水來逐條解決上述問題。關(guān)鍵步驟在于使用了甘油來調(diào)節(jié)生物墨水中“水”的狀態(tài)。甘油水凝膠中有限的“自由水”不利于細(xì)菌繁殖，能夠顯著抑制大腸桿菌和霉菌的生長。通過3D打印制備的甘油水凝膠支架也能夠通過抑制“水”的蒸發(fā)來維持形狀保真度，且甘油水凝膠中的細(xì)胞比普通水凝膠中的細(xì)胞表現(xiàn)出更高的活性。此外，因?yàn)楦视退�凝膠中的大部分水都結(jié)合在一起，進(jìn)而抑制了結(jié)晶，所以打印的組織可以直接冷凍保存而無需添加冷凍保護(hù)劑。

上海兒童醫(yī)學(xué)中心兒科轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究所PI、副研究員付煒表示，這種墨水未來可用于進(jìn)行多種組織器官的體外生物打印。另外，由于該水凝膠系統(tǒng)兼具抗菌、形態(tài)維持及細(xì)胞保護(hù)功能，也可用于體內(nèi)細(xì)胞治療，幫助提高細(xì)胞駐存率，更好地發(fā)揮治療作用。據(jù)悉，付煒和王偉教授團(tuán)隊(duì)長期致力于mRNA、生物材料與干細(xì)胞在心臟等各種組織修復(fù)再生方向的研究，近三年已在《Matter》等頂尖期刊發(fā)表一系列論文，并獲多個(gè)國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助。（來源：中國青年報(bào)客戶端 時(shí)間：2023-02-17 作者：王燁捷）