基于DLP生物3D打印纳米粒子稳定乳胶生物墨水制造多孔组织结构

供稿人：连伟龙 连芩 供稿单位：西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室　


生物打印组织结构的一个挑战是使封装细胞的活力和功能得以实现，通过生物墨水的合理设计和制备可以创造适当的生物物理条件，为克服这些挑战提供希望。第三军医大学的研究人员介绍了一种基于数字光处理技术的生物3D打印技术，应用纳米粒子稳定乳胶生物墨水直接制造多孔组织结构，如图1所示。乳胶生物墨水是右旋糖酐微滴和明胶甲基丙烯酰溶液的混合物，通过β-乳球蛋白纳米粒子进一步使混合物保持稳定。生物3D打印后，通过去除打印的组织结构中右旋糖酐形成大孔结构，从而提供良好的生物物理条件，促进被封装细胞的生长、增殖和迁移。将生物3D打印的含有软骨细胞的气管形结构植入体内，结果表明，生成的大孔结构有利于软骨组织的重建。该研究开发了一种先进的生物墨水，通过原位激活细胞的行为和功能来制造活组织结构，促进了生物3D打印的发展。

图1 DLP 3D打印纳米粒子稳定乳胶生物墨水示意图

研究人员开发的混合乳胶生物墨水，集成了细胞/蛋白质和右旋糖酐/纳米粒子两种不相混的水相，该生物墨水使右旋糖酐液滴在连接的GelMA溶液中成为可能。同时，将B-LG NPs添加到上述复合溶液中，通过锚定在右旋糖酐液滴表面进行稳定。光聚合后，加入的右旋糖酐液滴可以浸入培养介质或植入体内去除，从而在结构体内留下大孔。在3D打印的多孔结构中，被封装细胞的增殖和迁移现象明显。经皮下植入裸鼠后，具有多孔结构的3D打印气管显示支持软骨细胞存活和繁殖的能力，在体内可以成功诱导软骨重建。

图2 三维结构和细胞活性评价

该研究开发的先进混合乳胶生物墨水提出了一种新的原位成孔有效策略，可以提高生物3D打印组织结构中细胞活力和功能，对组织工程和再生医学的生物材料设计制备具有启发意义。

参考文献： 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.