3D打印明膠氧化石墨烯墨水實(shí)現(xiàn)自發(fā)成肌分化

來源：水凝膠

3D生物打印已經(jīng)吸引了相當(dāng)多的關(guān)注，以生產(chǎn)3D工程細(xì)胞微環(huán)境，該環(huán)境復(fù)制復(fù)雜且復(fù)雜的本機(jī)細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）以及許多理化和生物學(xué)線索的時(shí)空梯度。盡管已經(jīng)報(bào)道了各種基于水凝膠的生物墨水，但是能夠精確再現(xiàn)ECM的復(fù)雜性并模擬滿載細(xì)胞的固有特性的先進(jìn)生物墨水材料的開發(fā)仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。最近，釜山國(guó)立大學(xué)Dong-Wook Han/韓國(guó)亞洲大學(xué)Ki Dong Park教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了由富含酚的明膠（GHPA）和氧化石墨烯（GO）組成的3D可打印生物墨水，該物質(zhì)是誘導(dǎo)肌發(fā)生的材料的組成部分，可通過雙重酶介導(dǎo)的交聯(lián)反應(yīng)原位形成水凝膠網(wǎng)絡(luò)。原位可固化的GO/GHPA水凝膠可以成功地用作3D可打印的生物墨水，以提供合適的細(xì)胞微環(huán)境，并促進(jìn)C2C12骨骼肌成肌細(xì)胞的成肌分化。總體而言，研究團(tuán)隊(duì)建議功能性生物墨水可能在肌肉組織工程和再生醫(yī)學(xué)中有用。相關(guān)論文以題為Three-Dimensional Printable Gelatin Hydrogels Incorporating Graphene Oxide to Enable Spontaneous Myogenic Differentiation發(fā)表在高分子領(lǐng)域頂刊《ACS Macro Letters》上。

圖1. GO/GHPA水凝膠基質(zhì)的3D生物打印和理化特性。（A）原位可交聯(lián)GO/GHPA水凝膠的3D打印程序的示意圖。（B）溶膠-凝膠相變和GO/GHPA矩陣的3D打印構(gòu)造的數(shù)字圖像。

圖2. GO/GHPA生物墨水的細(xì)胞相容性。（A）在3D打印后立即顯示充滿細(xì)胞的3D打印構(gòu)造物的數(shù)字熒光顯微圖像。（B）封裝在GO/GHPA基質(zhì)中7天的C2C12細(xì)胞的細(xì)胞形態(tài)和活力。（C，D）細(xì)胞活力的定量。（C）綠色和紅色熒光的熒光強(qiáng)度。（D）在每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的綠色和紅色熒光的信號(hào)百分比。

圖3.載有C2C12細(xì)胞的水凝膠的成肌分化。（A）在GM（GHPA @ GM）中培養(yǎng)的載有細(xì)胞的GHPA，在DM（GHPA @ DM）中培養(yǎng)的GHPA和在GM（GO/GHPA @ GM）中培養(yǎng)的GO/GHPA的共聚焦顯微鏡。B）通過共聚焦顯微鏡的z-stack成像獲得GO/GHPA @ GM的3D圖像。（C）每細(xì)胞面積的MHC陽(yáng)性面積之比。（D）代表f-肌動(dòng)蛋白取向的顏色映射和定量。每種顏色代表f-肌動(dòng)蛋白的角度，而不是熒光的角度。（E）GHPA @ GM，GHPA @ DM和GO/GHPA @ GM中C2C12細(xì)胞的肌原性分化的分子分析。

該研究評(píng)估了GO/GHPA水凝膠作為骨骼肌組織工程生物活性生物墨水的潛力。將GO納米顆粒成功地?fù)饺肓薌HPA水凝膠中，而對(duì)微觀結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能沒有任何有害影響，甚至沒有改善的熱穩(wěn)定性。3D打印具有C2C12骨骼肌成肌細(xì)胞的GO/GHPA水凝膠，結(jié)構(gòu)保真度高，對(duì)細(xì)胞活力沒有任何阻礙。3D打印的構(gòu)建體在細(xì)胞培養(yǎng)環(huán)境下穩(wěn)定，可進(jìn)行長(zhǎng)期培養(yǎng)。GO/GHPA水凝膠的微孔結(jié)構(gòu)和蛋白水解可降解特性可以為細(xì)胞生長(zhǎng)提供合適的微環(huán)境。水凝膠的微孔結(jié)構(gòu)以及GO吸附蛋白質(zhì)的能力促進(jìn)了細(xì)胞的代謝活性和行為，如粘附和增殖。GO的幾個(gè)特征（例如粗糙度，表面氧含量和電導(dǎo)率）可誘導(dǎo)肌發(fā)生，盡管確切的分子機(jī)制仍然很少。GO/GHPA水凝膠的成肌誘導(dǎo)作用通過免疫細(xì)胞化學(xué)分析和成肌特異性標(biāo)志物的免疫印跡進(jìn)行評(píng)估。

結(jié)果表明，C2C12成肌細(xì)胞的肌原性分化是自發(fā)促進(jìn)的，而沒有任何肌原性分化誘導(dǎo)因子。這些結(jié)果表明，GO/GHPA水凝膠可用作功能性生物墨水，可用作骨骼肌組織再生的治療支架。關(guān)于體內(nèi)效率評(píng)估的進(jìn)一步研究將導(dǎo)致3D打印的GO/GHPA水凝膠成為骨骼肌組織再生的新方法。

參考文獻(xiàn)：doi.org/10.1021/acsmacrolett.0c00845