利用粘液基生物墨水3D打印肺组织治疗慢性肺病

导读：每年全球数百万人因肺部疾病而丧生，这些疾病不仅治疗方案有限，而且缺乏足够的有效动物模型和实验药物。为了弥补这一研究领域的缺失，研究人员已成功创建一种基于粘液的生物墨水，可用于3D打印复杂的肺部组织结构。

△一种基于粘液的生物墨水用于3D打印肺组织的示意图

2024年8月1日，南极熊获悉，根据发表在《ACS Applied Bio Materials》杂志上的研究成果《利用可见光交联粘蛋白-透明质酸复合生物墨水进行生物3D打印实现肺组织工程》，研究人员指出，这一进展有望为慢性肺部疾病的研究和治疗带来新的可能性。

△该研究成果已发表在ACS Applied Bio Materials（传送门）

3D打印肺部组织技术研发背景

虽然一些肺病患者接受了移植手术，但捐赠器官仍然供不应求。作为替代方法，可以使用药物和其它治疗手段来控制症状，但对于慢性阻塞性肺病和囊性纤维化等疾病，目前尚无治愈方法。研究人员正在不断寻找更有效的药物，通常通过啮齿动物实验进行。然而，这些动物模型可能只能部分反映人类肺部疾病的复杂性，并且无法准确预测新药物的安全性和疗效。

同时，生物工程师们正探索在实验室中培育肺组织，作为更精确的人体肺部模型或植入材料的潜在选择。一种技术涉及模仿人体组织的3D打印结构，但设计出适合的生物墨水来支持细胞生长仍然是一项挑战。因此，研究人员Ashok Raichur及其同事开始致力于克服这一障碍。

△研究人员采用墨水打印出测试图案后，将其暴露在蓝光下以连接MuMA分子，从而形成一种稳定的多孔凝胶，可以吸收水分并帮助细胞存活

开发一种基于粘液的生物墨水

研究小组从粘蛋白入手，这种粘液成分尚未被广泛用于生物打印。这种抗菌聚合物的分子结构与表皮生长因子相似，后者是一种促进细胞附着和生长的蛋白质。Raichur及其同事将粘蛋白与甲基丙烯酸酐反应生成甲基丙烯酸化粘蛋白（MuMA），然后将它与肺细胞混合。加入透明质酸（结缔组织和其它组织中发现的一种天然聚合物）可增加生物墨水的粘度，促进细胞生长和粘附到MuMA上。将墨水印成圆形和方形网格等测试图案后，将其暴露在蓝光下以交联MuMA分子。交联键以多孔凝胶的形式稳定了印刷结构，这种凝胶很容易吸收水分以支持细胞存活。

△生物墨水打印出的支架在磷酸盐缓冲盐水中保持了良好的稳定性，四周后仍保留了70%的质量（红色代表死细胞，绿色代表活细胞）

研究人员发现，凝胶中相互连接的孔隙有利于营养物质和氧气的扩散，促进细胞生长和肺组织的形成。这种打印结构无毒，在生理条件下可缓慢生物降解，因此可能适合用作植入物，其中打印的支架将逐渐被新生长的肺组织取代。这种生物墨水还可用于制作肺的3D模型，以研究肺部疾病的过程和评估潜在的治疗方法。