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  基于脫細(xì)胞基質(zhì)（dECM）的水凝膠廣泛應(yīng)用于增材生物制造技術(shù)。 dECM 的細(xì)胞外基質(zhì)成分和生長因子在細(xì)胞粘附、生長和分化中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。然而，較差的機(jī)械性能和打印性仍然是dECM 材料的主要限制。為發(fā)揮dECM材料的優(yōu)勢，哈佛醫(yī)學(xué)院Y. Shrike Zhang教授團(tuán)隊(duì)將其與體積增材制造（Volumetric Additive Manufacturing，VAM）緊密結(jié)合起來，開發(fā)了基于未修飾的天然的豬心dECM (h-dECM) 和豬半月板dECM (Ms-dECM) 的生物墨水體系。通過VAM旋轉(zhuǎn)投影動態(tài)變化的光圖案實(shí)現(xiàn)的三維物體的快速光聚合，從而將對生物打印水凝膠結(jié)構(gòu)的機(jī)械強(qiáng)度要求與打印性分開，允許使用低濃度的 dECM 生物墨水實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形狀結(jié)構(gòu)的快速打印。作為示例應(yīng)用，使用裝載大鼠心肌細(xì)胞 （rCMs） 的h-dECM體積打印心臟組織，顯示出較好的細(xì)胞增殖、展開和擴(kuò)散, 并進(jìn)一步使用裝載人誘導(dǎo)多能干細(xì)胞衍生的心肌細(xì)胞 （hiPSC-CMs） 的h-dECM生物墨水，展示了肌節(jié)結(jié)構(gòu)的生成和同步收縮。同時(shí)使用裝載人間充質(zhì)干細(xì)胞 （hMSCs） 的 Ms-dECM生物墨水進(jìn)行體積打印的半月板結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出較好的軟骨分化結(jié)果。這項(xiàng)研究為VAM進(jìn)一步擴(kuò)展了生物墨水庫，并擴(kuò)大了dECM在組織工程和再生醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用。

圖1. h-dECM 和Ms-dECM 生物墨水材料的制備和打印機(jī)理

  總結(jié)：研究人員成功開發(fā)了基于VAM的天然的未經(jīng)修飾的 dECM（生物）墨水，并證明了通過 VAM快速制造基于水凝膠的組織結(jié)構(gòu)的潛力。通過優(yōu)化配方，實(shí)現(xiàn)了低濃度h-dECM 和 Ms-dECM 復(fù)雜結(jié)構(gòu)的打印， 并維持較好的打印保真度。更進(jìn)一步地，基于 h-dECM 和 Ms-dECM 良好的細(xì)胞相容性，對體積生物打印的心臟和半月板結(jié)構(gòu)進(jìn)行了功能化實(shí)驗(yàn)，展示了混合在 h-dECM 打印結(jié)構(gòu)中或在其表面上 rCM 和 hiPSC-CM 的擴(kuò)散和收縮行為，以及嵌入在 Ms-dECM 半月板結(jié)構(gòu)中的hMSC 的軟骨分化。這項(xiàng)工作進(jìn)一步擴(kuò)展了VAM的生物墨水庫，同時(shí)拓寬了基于 dECM 的生物材料在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用。

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202304846

作者簡介

  謝茂彬 教授簡介：謝茂彬，博士，博士生導(dǎo)師，廣州醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院教授，廣東省“珠江人才計(jì)劃”青年拔尖人才，廣東省杰青。2016年博士畢業(yè)于香港理工大學(xué)，2019-2021年美國哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院博士后。長期從事3D生物打印和生物材料領(lǐng)域研究。發(fā)表學(xué)術(shù)論文33篇，其中以第一/通訊作者身份在Sci. Transl. Med.、Nat. Commun.、STAR Protoc.、Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater、Biomaterials等期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文30余篇。申請發(fā)明專利15件，其中PCT專利2件，已授權(quán)6件。目前是中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會會員、廣東省生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會生物醫(yī)用材料與臨床應(yīng)用分會委員。同時(shí)擔(dān)任Adv. Sci、ACS Nano、Small、Appl. Mater. Today、Nanoscale等國際著名學(xué)術(shù)期刊審稿人。

  羅澤宇 副研究員簡介： 羅澤宇，四川大學(xué)華西臨床醫(yī)學(xué)院&哈佛大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士，分別師從周宗科教授和Y. Shrike Zhang教授。研究內(nèi)容主要涉及3D生物打印、微流控技術(shù)、骨與軟組織工程等研究領(lǐng)域。截止目前，在Adv. Mater.、PNAS、Nat. Commun.、Matter、Adv. Function. Mater.、Small、Adv. Health. Mater.等國際權(quán)威期刊上發(fā)表三大檢索收錄論文40余篇。論文被引用超過1000余次。2篇文章入選全球Top 1% ESI高被引論文。主持國家自然科學(xué)基金、博新計(jì)劃等高水平基金項(xiàng)目。