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  去年，德克薩斯大學(xué)阿靈頓分校(UTA)生物工程學(xué)洪奕教授獲得美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院(NIH)頒發(fā)的R21資助，為患有血管疾病缺陷的兒童制作3D打印血管材料。現(xiàn)在，他正在領(lǐng)導(dǎo)一個(gè)團(tuán)隊(duì)為3D打印材料模仿人體軟組織創(chuàng)建一個(gè)高彈性可生物降解水凝膠，從而繼續(xù)他在醫(yī)療領(lǐng)域的3D打印工作。這種有彈性的新物質(zhì)有一天會(huì)幫助產(chǎn)生幾種不同類型的組織，包括血管，心臟肌肉，骨骼肌肉和皮膚。

  洪教授解釋說：“軟組織生物打印經(jīng)歷了巨大的挑戰(zhàn)，因?yàn)樗z常常易碎且不可拉伸，并且不能模擬人體軟組織的機(jī)械行為。”

  為了克服這些挑戰(zhàn)，他們開發(fā)了一種簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用由可見光激活的單一交聯(lián)機(jī)制來實(shí)現(xiàn)用于細(xì)胞打印的高度彈性和穩(wěn)健的可生物降解和生物相容性水凝膠。

  3D生物打印技術(shù)(包括人造組織支架在內(nèi)使用活細(xì)胞)將最終改變我們所知道的醫(yī)療保健領(lǐng)域。但水凝膠雖然在3D生物打印應(yīng)用中經(jīng)常使用，但不是萬無一失的材料，并且容易斷裂。洪教授說：“它不強(qiáng)壯，不軟，沒有彈性。”

  研究人員最近在美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)的ACS應(yīng)用材料與界面雜志上發(fā)表了一篇題為“高彈性可生物降解的單網(wǎng)格水凝膠用于細(xì)胞打印”的論文。博士生徐燦燦是該論文第一作者，通訊作者為洪奕教授和來自波士頓東北大學(xué)的戴國(guó)豪教授。

  細(xì)胞打印正在成為制造用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用打印纖維素支架的的常用技術(shù)。在使用水凝膠的軟組織生物打印中仍存在重大挑戰(zhàn)，這需要水凝膠內(nèi)的活細(xì)胞。此外，水凝膠的彈性機(jī)械性能也需要機(jī)械模仿天然軟組織。在這里，他們開發(fā)了可見光交聯(lián)，單網(wǎng)格，可生物降解的水凝膠，具有高度彈性和靈活性，適用于細(xì)胞打印，與以前具有雙網(wǎng)絡(luò)和雙組分的高彈性水凝膠不同。單網(wǎng)絡(luò)水凝膠僅使用一種刺激物(可見光)來觸發(fā)凝膠化，可以極大地簡(jiǎn)化細(xì)胞打印過程。獲得的水凝膠具有高彈性，并且可以調(diào)整它們的機(jī)械性能以匹配各種天然軟組織。水凝膠具有良好的細(xì)胞相容性以支持體外成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)。用水凝膠將各種人類細(xì)胞生物打印以形成細(xì)胞凝膠構(gòu)建體，其中細(xì)胞在培養(yǎng)7天后表現(xiàn)出高生存力。復(fù)合形狀由水凝膠打印，表明細(xì)胞打印的水凝膠可行性。我們相信這種高度彈性的單網(wǎng)格水凝膠可以用不同的細(xì)胞類型進(jìn)行簡(jiǎn)單打印，并且可以為基于水凝膠的生物打印研究提供新的材料平臺(tái)和新思路。

  在被選為美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)編輯選擇的論文中，研究人員解釋了他們的3D可打印水凝膠是如何由聚己內(nèi)酯-聚(乙二醇)-聚己內(nèi)酯(PCL-PEG-PCL)三嵌段可生物降解聚合物)-連同兩個(gè)端基丙烯酸酯和一個(gè)可見光水溶性引發(fā)劑。

  洪教授表示：“聚己酸內(nèi)酯和聚乙二醇已經(jīng)在食品和藥物管理局批準(zhǔn)的設(shè)備和植入物中廣泛使用，這將有助于將材料快速轉(zhuǎn)變成未來的臨床前和臨床試驗(yàn)。這種水凝膠的力學(xué)性能與不同軟組織匹配的可調(diào)性具有真正的優(yōu)勢(shì)。

  據(jù)悉，已經(jīng)為新的彈性材料申請(qǐng)了臨時(shí)專利，該新型彈性材料可以用于創(chuàng)建組織貼片，其將幫助患者的天然組織愈合和再生。該研究的目標(biāo)是使用新型水凝膠為患有心臟缺陷的兒童制作新血管。然而，洪教授說，在實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)之前，還有很長(zhǎng)的路要走。

  論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.8b01294