基于溫敏性水凝膠的工程微尺度血管網(wǎng)絡(luò)制造

來源：上海第九人民醫(yī)院

長期以來，精確制造微尺度血管網(wǎng)絡(luò)（Microscale Vasculatures, MSVs）一直是組織工程學(xué)中尚未解決的挑戰(zhàn),。當(dāng)前，光輔助3D打印是最常見的方法,。然而,，這種方法通常包含復(fù)雜的制造過程,，制造成本較高，且需要與特定的光敏材料配合使用,。上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院骨科王金武主任醫(yī)師、戴尅戎院士團(tuán)隊(duì)針對(duì)生物3D打印制造過程快速簡單,、成本較低,、不受材料來源限制的MSVs制造方法進(jìn)行了研究探索,，采用溫敏性水凝膠PNIPAM（聚（N-異丙基丙烯酰胺））和生物相容性GelMA（甲基丙烯酸化明膠），在37℃下,，利用PNIPAM的體積收縮,，有效誘導(dǎo)更小尺寸MSVs的制造。

王金武主任醫(yī)師介紹,，組織工程血管網(wǎng)絡(luò)生物3D打印制造已經(jīng)取得了較大進(jìn)展,，但管徑介于50μm和300μm之間的血管網(wǎng)絡(luò)的制造還存在技術(shù)弊端,。PNIPAM被廣泛用來制備脫細(xì)胞基質(zhì)、藥物緩釋微球,、軟體機(jī)器人，當(dāng)環(huán)境溫度低于其轉(zhuǎn)變溫度時(shí),，PNIPAM表現(xiàn)出親水性,；當(dāng)環(huán)境溫度高于其轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，PNIPAM表現(xiàn)出疏水性,，導(dǎo)致體積收縮。利用PNIPAM的體積收縮功能,，可在較易獲得的大尺寸血管網(wǎng)絡(luò)制造完成后,，通過外界條件誘導(dǎo)其體積收縮,，從而制造尺寸較小的MSVs。

研究圖例：a.濕紡海藻酸鈣犧牲纖維；b.基于溫敏性水凝膠的工程微尺度血管網(wǎng)絡(luò)生物制造過程,；c.工程微尺度血管網(wǎng)絡(luò)與宿主組織形成連接

團(tuán)隊(duì)基于此思路，對(duì)PNIPAM和GelMA組成的P/G溫敏性水凝膠進(jìn)行了探索,，對(duì)其體積收縮功能進(jìn)行了檢測，結(jié)果表明P/G溫敏性水凝膠可在人體溫度及細(xì)胞培養(yǎng)溫度37℃實(shí)現(xiàn)體積收縮,，且P/G溫敏性水凝膠在37℃水中和空氣中展現(xiàn)出不同的收縮性能；結(jié)合濕紡法制備的海藻酸鈣犧牲纖維可以制造出目標(biāo)MSVs,，且最小尺寸可達(dá)50μm,；內(nèi)皮細(xì)胞在MSVs內(nèi)經(jīng)培養(yǎng)后可形成內(nèi)皮細(xì)胞層,，骨肉瘤細(xì)胞在P/G溫敏性水凝膠響應(yīng)后及培養(yǎng)期間保持較高活性；體內(nèi)植入后MSVs可與宿主組織形成有效連接,，所制造的MSVs為宿主血管的灌注提供了潛在部位。研究提出的MSVs制備方法擺脫了復(fù)雜的操作流程,，無后處理過程，在溫和的環(huán)境下即可誘導(dǎo)尺寸較小的MSVs的制造,，簡便快捷,，誘導(dǎo)環(huán)境具有高度生物相容性,。

團(tuán)隊(duì)于2021年4月22日,，在著名學(xué)術(shù)期刊《先進(jìn)功能材料》（Advanced Functional Materials）在線發(fā)表了該研究成果,，題為Fabrication of Thermoresponsive Hydrogel Scaffolds with Engineered Microscale Vasculatures。骨科博士后李帥為論文第一作者,，研究方向?yàn)樯��?D打印工藝、血管網(wǎng)絡(luò)制備工藝,。項(xiàng)目依托王金武主任醫(yī)師擔(dān)任項(xiàng)目負(fù)責(zé)人的十三五科技部國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“血管化仿生關(guān)節(jié)多細(xì)胞精準(zhǔn)3D打印技術(shù)與裝備的開發(fā)及應(yīng)用”,。