3D打印的纖維/細(xì)胞/水凝膠復(fù)合結(jié)構(gòu)

供稿人:雷奇 賀健康

在體外精準(zhǔn)構(gòu)建仿生組織對修復(fù)受損的器官具有重要意義,，利用生物3D打印技術(shù)可實(shí)現(xiàn)細(xì)胞/水凝膠結(jié)構(gòu)的三維成型,，但由于水凝膠材料的限制,，所構(gòu)建的三維結(jié)構(gòu)通常具有較差的力學(xué)性能,，無法與人體組織的力學(xué)需求相匹配,，一些研究人員通過澆灌的方法將水凝膠與靜電打印的纖維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)復(fù)合在一起，顯著提高了水凝膠的力學(xué)性能,，然而這種方法無法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜組織中多材料多細(xì)胞的精準(zhǔn)構(gòu)建,。

為了精準(zhǔn)構(gòu)建結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的多細(xì)胞活性組織，Ruijter等[1]結(jié)合熔融靜電打印與細(xì)胞打印技術(shù),，成功打印出了具有一定力學(xué)強(qiáng)度,、多種細(xì)胞精確排列的復(fù)合結(jié)構(gòu)。圖1所示為纖維/水凝膠/細(xì)胞復(fù)合打印原理,，首先利用熔融靜電打印工藝,，使熔融的聚合物在電場力的作用下噴射出微米細(xì)絲，制備出纖維尺寸為13微米的網(wǎng)格,，然后利用擠出式細(xì)胞打印工藝打印出所需的細(xì)胞和材料,，所打印的細(xì)胞/水凝膠尺寸為200-400微米,。圖2為利用復(fù)合工藝制備的多細(xì)胞分層復(fù)合結(jié)構(gòu)，該工藝實(shí)現(xiàn)了二維平面內(nèi)多種細(xì)胞的精確排布,，以及三維結(jié)構(gòu)中多細(xì)胞的分層排列,。所制備的復(fù)合結(jié)構(gòu)具有可控的孔隙率，從而有利于結(jié)構(gòu)內(nèi)部氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)的供給,。力學(xué)測試結(jié)果表明,，纖維增強(qiáng)的復(fù)合結(jié)構(gòu)顯著提高了水凝膠的壓縮模量。研究進(jìn)一步論證了,，在不同的靜電打印電壓幅值下，復(fù)合結(jié)構(gòu)中細(xì)胞活性保持在90%以上,，在28天的培養(yǎng)過程中,，復(fù)合結(jié)構(gòu)中細(xì)胞保持良好的活性和分化能力。

圖1. 纖維/水凝膠/細(xì)胞復(fù)合打印工藝

圖2 多細(xì)胞復(fù)合結(jié)構(gòu)

綜上所述,，利用熔融靜電打印和細(xì)胞打印復(fù)合工藝可實(shí)現(xiàn)纖維和多種細(xì)胞的可控排布,，所制備的纖維/細(xì)胞/水凝膠復(fù)合結(jié)構(gòu)具有較好的力學(xué)強(qiáng)度、高孔隙率和高細(xì)胞活性,，有利于復(fù)雜再生組織的長期培養(yǎng),，為仿生組織的體外構(gòu)建提供了一種新方法。

參考文獻(xiàn)：
De Ruijter M, Ribeiro A, Dokter I, et al. Simultaneous Micropatterning of Fibrous Meshes and Bioinks for the Fabrication of Living Tissue Constructs [J]. Advanced healthcare materials, 2019, 8(7): 1800418.

供稿人:雷奇 賀健康 供稿單位：機(jī)械制造系統(tǒng)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室