一種熱響應(yīng)和光響應(yīng)生物墨水：降冰片烯官能化甲基纖維素

供稿人：張?jiān)�,、高�?供稿單位：西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

3D生物打印已成為組織工程和再生醫(yī)學(xué)的重要工具,。對(duì)于擠壓式的3D生物打印,，結(jié)構(gòu)的性能很大程度上取決于生物墨水的性能,。甲基纖維素（MC）因?yàn)榫哂猩�物相容性和熱響�?yīng)性,，已被用作3D生物打印的生物墨水。然而,，MC在室溫下溶解性高,、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性低、細(xì)胞親和力較低,、不能被細(xì)胞分泌的蛋白酶降解,，不適合應(yīng)用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的3D生物打印。

近日,，印第安納大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)一步反應(yīng)合成了降冰片烯官能化甲基纖維素（MCNB）,。MCNB具有良好的流變性能、熱響應(yīng)性,、光響應(yīng)性,、生物相容性和打印性能，并且利用MCNB打印出來(lái)的3D結(jié)構(gòu)具有更好的穩(wěn)定性,。MC和MCNB的下臨界溶解溫度（LCST）分別為33℃和38℃,。雖然MCNB的LCST更高，但熱誘導(dǎo)凝膠化所需的溫度仍然接近體溫,，這有利于MCNB的生物應(yīng)用,。此外，MCNB在30s內(nèi)完成了光介導(dǎo)的凝膠-溶膠轉(zhuǎn)變,，說(shuō)明了MCNB具有良好的光響應(yīng)特性,。在使用MCNB打印的結(jié)構(gòu)中，利用活/死細(xì)胞染色方法確定細(xì)胞的生存能力,，如圖1所示,，這展現(xiàn)了MCNB作為生物墨水的生物相容性和生物活性,。MCNB在不同溫度下打印性能不同，在37℃時(shí)MCNB成一條連續(xù)線從噴嘴擠出,，而在室溫25℃的條件下MCNB以液滴形式從噴嘴滴落,。MC和MCNB都具有良好的打印性能，但是MCNB具有更高的分辨率,。在室溫條件下使用MC打印的結(jié)構(gòu)由于凝膠-溶膠轉(zhuǎn)變而坍塌,，但是使用MCNB打印的結(jié)構(gòu)無(wú)論溫度如何，結(jié)構(gòu)都穩(wěn)定,。圖2是MCNB在3wt%納米硅酸鹽支撐浴中打印的復(fù)雜形狀結(jié)構(gòu),，例如耳、鼻,、血管和肝臟結(jié)構(gòu),。

圖1 MCNB中活/死細(xì)胞染色共聚焦圖像

圖2 使用MCNB打印的結(jié)構(gòu)

圖3 GelNB/MCNB中細(xì)胞染色圖像

此外，研究團(tuán)隊(duì)還將生物活性GelNB與MCNB結(jié)合,，制成復(fù)合生物墨水,。研究發(fā)現(xiàn),，復(fù)合生物墨水即使是在高于上臨界溶解溫度（UCST）和低于下臨界溶解溫度（LCST）,，也會(huì)發(fā)生凝膠現(xiàn)象。復(fù)合生物墨水具有更強(qiáng)的打印性能,，在低于LCST的溫度下,，也能產(chǎn)生清晰的打印晶格。同時(shí),，復(fù)合生物墨水改善了印刷基質(zhì)的生物活性,，如圖3所示，在培養(yǎng)10天后細(xì)胞依然表現(xiàn)出優(yōu)異的存活率,。 這項(xiàng)研究充分表現(xiàn)了MCNB作為生物墨水的巨大潛力,。

參考文獻(xiàn)：
Kim Min Hee,Lin Chien-Chi. Norbornene-functionalized methylcellulose as a thermo- and photo-responsive bioink[J]. Biofabrication,2021,13(4):