3D生物打印多糖水凝胶的最新进展

多糖水凝胶可以模拟天然细胞外基质并具有吸引人的物理化学和生物特性，已成为3D生物打印的重要生物墨水。多糖水凝胶能够以类似于自然细胞环境的方式增强细胞粘附、增殖和分化，因此被广泛应用于组织工程和再生医学领域。

近期，贝尔法斯特女王大学Lalitkumar K. Vora/布鲁塞尔自由大学Fouad Damiri团队全面研究了多糖水凝胶驱动的3D生物打印的制造方法、特性和应用，强调了其在组织工程、药物递送和再生医学方面的潜力，为该领域的未来研究提供了相关知识。

相关研究成果以“Recent advances in 3D bioprinted polysaccharide hydrogels for biomedical applications: A comprehensive review”为题于2024年10月16日发表在《Carbohydrate Polymers》上。

首先，本文概述了用于3D生物打印的各种来源（海洋、植物/种子、细菌和动物/人类）的多糖水凝胶。其中，海洋来源的多糖包括壳聚糖（图1）、海藻酸盐、琼脂糖（图2）和角叉菜胶；植物/种子来源的多糖包括纤维素及其衍生物（图3）、淀粉和果胶（图4）；细菌来源的多糖包括黄原胶、葡聚糖（图5）和普鲁兰多糖；动物/人来源的多糖包括透明质酸（图6）、硫酸软骨素（图7）和肝素。  

图1各种基于壳聚糖的3D打印结构   

图2 各种基于琼脂糖的3D打印结构

图3 各种基于纤维素的3D打印结构   

图4 各种基于果胶的3D打印结构

图5 基于葡聚糖的3D打印结构

图6 基于透明质酸的3D打印结构

图7 基于硫酸软骨素的3D打印结构  

随后，本文介绍了七种不同类型的生物打印机：喷墨、激光辅助、挤出、立体光固化、微阀、声学和针阵列生物打印机（图8）。此外，还提供了每个打印模块的功能机制和显着特征的简要概述。选择合适的生物打印机需要仔细考虑要打印的组织或器官的独特结构需求。

图8 3D生物打印分类概述

为了强调全部或部分由多糖组成的3D打印水凝胶的潜在应用，本文回顾了过去五年来这一令人兴奋的研究领域取得的进展。鉴于这些材料的广泛适用性，本文重点介绍四个主要领域：再生医学和组织工程（表1）、细胞培养（表2）、药物递送（表3）和生物传感。

表1 用于再生医学和组织工程的3D打印多糖水凝胶（部分）   

表2 基于细胞培养应用的多糖的3D打印水凝胶（部分）   

表3 基于多糖的3D打印水凝胶用于药物输送应用   

尽管基于多糖水凝胶的3D生物打印材料在各种生物医学应用中具有巨大的前景，但需要解决一些挑战才能充分发挥其潜力（图9）。为了解决使用3D生物打印开发和制造水凝胶的复杂挑战，研究人员可以利用新兴技术，如混合构建体、多功能平台和原位给药方法，开发创新解决方案，以满足现有的临床需求。

   

图9 面临的主要挑战         

文章来源：https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2024.122845