研究人員將水凝膠和纖維結(jié)合起來，開發(fā)用于組織再生的3D打印技術

2024年2月9日，南極熊獲悉，拜羅伊特大學（Universität Bayreuth）宣布，該校團隊在Leonid Ionov教授的領導下開發(fā)了一種新型的3D打印技術，結(jié)合了水凝膠和纖維。據(jù)該團隊稱，這一工藝首次將水凝膠和纖維結(jié)合到同一設備中，可生產(chǎn)出具有纖維結(jié)構和單軸細胞排列的多層結(jié)構。這種結(jié)構可能在生物科技、材料科學或其它領域具有潛在的應用和意義。

△拜羅伊特大學開發(fā)了一種生產(chǎn)多層生物墨水纖維復合材料的新方法

在Ionov及其團隊的研究中，他們廣泛測試了各種類型的水凝膠，這些水凝膠已在組織的3D打印中進行了大量實驗。水凝膠中含有細胞，也稱為生物墨水，與纖維結(jié)合形成一種復合材料。這種復合材料是通過采用集成觸摸紡絲工藝的生物3D打印技術實現(xiàn)的。組織工程是人工生產(chǎn)生物組織的總稱。

觸摸紡絲是一種可擴展的工藝，從聚合物溶液或熔體中生產(chǎn)纖維。拜羅伊特的科學家們首次將生物3D打印技術與觸摸紡絲技術結(jié)合到同一設備中。

△水凝膠細胞（生物墨水）制造過程的示意圖。利用無需雙手操作的生物3D打印墨水與納米纖維接觸紡絲技術，制備水凝膠-細胞（生物墨水）

教授Leonid Ionov教授表示：“這項研究的發(fā)現(xiàn)對于生物材料的生產(chǎn)組織，特別是那些具有纖維結(jié)構和細胞單軸排列的組織（如結(jié)締組織和肌肉組織）具有重要意義�！�

△該團隊的研究已發(fā)表在《先進醫(yī)療保健材料》雜志上，題目為“復合生物墨水-納米纖維結(jié)構的生物制造:生物墨水的流變特性對生物3D打印的影響，以及細胞與排列整齊的觸摸紡納米纖維的相互作用”（傳送門）

拜羅伊特的科學家們在實驗中采用了多種水凝膠，并對它們的特性進行了比較。據(jù)拜羅伊特大學介紹，水凝膠多年來已被廣泛應用于組織工程和生物制造領域的支架材料中。

該大學指出，水凝膠系統(tǒng)與纖維系統(tǒng)的結(jié)合減少了對水凝膠加工的需求，例如通過交聯(lián)來改善其機械性能，因為纖維系統(tǒng)覆蓋了復合材料的機械性能。研究小組表示，較低的交聯(lián)度要求有利于后續(xù)組織的形成。

△Ionov團隊

Ionov教授補充道：“水凝膠為細胞提供了水環(huán)境，促進了細胞的良好運作，而纖維則應該控制細胞沿纖維主要方向的取向�！�

拜羅伊特的科學家們在結(jié)合這兩種技術并已獲得專利的基礎上，成立了一家名為“biovature GmbH”的新公司，旨在推動這一創(chuàng)新3D打印技術的商業(yè)化應用。作為合作研究中心SFB/TRR 225的一部分，德國研究基金會（DFG）為該項目提供了資金支持。

生物制造領域的這一突破代表了向功能性人造組織生產(chǎn)邁出的重要一步，并有可能對醫(yī)學研究和治療方法產(chǎn)生持久影響。