首尔科技大学开发出康普茶菌生物打印墨水，能够创建高精度多层独立结构

2025年2月5日，南极熊获悉，来自首尔国立科技大学 (SEOULTECH) 的研究人员声称开发了一种由康普茶菌衍生的纳米纤维素制成的新型生物墨水。这种生物墨水提供了一种支持细胞生长以修复组织的支架。它可以通过手持式生物笔直接应用于受损区域，使其成为直接体内组织工程伤口和复杂损伤的理想选择，特别是在紧急和急救环境中。

组织工程利用 3D 打印和生物墨水在支架上培育人体细胞，从而为皮肤、软骨和器官等受损组织创造替代品。由韩国首尔科技大学的 Insup Noh 教授领导的研究小组开发了一种生物墨水，使用从 KombuchaSCOBY（细菌和酵母的共生培养）中提取的纳米纤维素作为支架材料。这种生物材料为传统选择提供了一种可持续的替代方案，可以将其装载到手持式“Biowork”生物笔上，这也是由同一团队开发的。数字生物笔可以将生物墨水精确应用于受损的缺损区域，例如不规则的软骨和大的皮肤伤口，为更个性化和更有效的体内组织修复铺平了道路，并消除了体外组织工程过程的需要。

相关论文以题为“Simultaneous processing of bothhandheld biomixing and biowriting of kombucha cultured pre-crosslinkednanocellulose bioink for regeneration of irregular and multi-layered tissuedefects”的论文发表在《国际生物大分子杂志》上。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.136966

Noh 教授表示：“我们通过细菌和酵母的共生培养预制的纳米纤维素水凝胶网络，可以作为体内组织工程的平台生物墨水，通过加载所有类型的生物分子和药物并直接进行生物打印。”

Kombucha SCOBY 是一种用于发酵绿茶的细菌和酵母的共生培养物。微生物产生纤维素，这种纤维素可生物降解，与细胞相容。然而，从 Kombucha SCOBY 中提取的纳米纤维素具有缠结结构，需要对其进行修改才能进行3D 生物打印。这涉及调整其流变性能（流动方式）和机械性能，以改善挤出效果并在打印后保持结构完整性。

研究人员通过用乙酸部分水解纳米纤维素实现了这一目标——打破葡萄糖键并解开网络，使其具有生物可打印性。然而，这种处理方法缺乏对其特性的控制——导致其结构强度降低。该团队用壳聚糖（带正电）和高岭土（带负电）纳米颗粒增强了纳米纤维素。这些壳聚糖和高岭土颗粒通过静电力与纤维素相互作用——形成适合 3D 生物打印的稳定水凝胶。

生物墨水的制备方法是将包括活细胞在内的成分在生物笔内混合。生物笔内的两个反向旋转螺杆由数字控制，将成分均匀混合，从而形成一种均匀的生物墨水，可以通过针头直接涂抹在受损组织上。当连接到 3D 生物打印机时，生物笔能够创建具有高分辨率的多层独立结构，例如高度超过1厘米的分叉管和金字塔。生物笔还用于直接原位逐层打印不规则形状的缺陷。利用它，首尔科技大学的研究人员准确地用 3D 打印的颅骨和股骨头模型填充了设计的缺陷。

生物墨水和数字生物笔的组合提供了一种经济有效的解决方案，无需任何体外组织再生过程即可治疗大面积和不规则形状的伤口，特别是在紧急情况和急救情况下。Noh 教授说：“这项技术允许快速简便的一步式过程，将药物和水凝胶混合并立即应用于不同形状的受伤部位。”