韓國科學技術研究院研發(fā)用于3D打印人工器官的安全生物墨水,，加速組織再生

2023年4月16日,，南極熊獲悉,，韓國科學技術研究院的一支研究團隊開發(fā)了一種聚（有機磷腈）水凝膠基溫敏生物墨水，該墨水可以用于3D生物打印,，無需光固化即可誘導組織再生,。

韓國科學技術研究院已發(fā)表用于人工器官打印的安全生物墨水，研究結果已被發(fā)表在材料領域國際學術期刊Small的最新一期,，并作為內封底刊登（傳送門）

技術背景

隨著意外傷害和慢性病的增加,，以及人口老齡化趨勢的加劇，生物材料的研發(fā)和應用在人造器官和組織領域越來越活躍,。3D生物打印技術利用細胞和生物材料構建三維人造組織結構,，最近備受關注。然而,，常用的水凝膠生物墨水通常需要使用化學交聯劑和紫外線進行光固化,，這可能會引起細胞毒性,。

這是TNC生物墨水系統(tǒng)和骨組織工程應用的示意圖。A）TNC生物墨水表現出熱響應凝膠化行為,，并通過疏水離子相互作用保持生長因子,。在低于凝膠化溫度（T0=20-24℃）時，可以輕松地通過簡單混合將其摻入,。B）在25℃打印后,，生物墨水變硬，具有最佳特性,，體溫（37℃）下表現出最佳的生物相容性,。C）將TNC生物墨水支架植入大鼠顱骨缺損模型中，刺激細胞遷移和成骨以促進骨愈合,，并且不會出現異常骨形成,。緩慢的支架降解為新形成的骨組織讓路

韓國科學技術研究院生物材料中心的宋秀昌博士領導的研究團隊，首次開發(fā)了一種聚（有機磷腈）水凝膠基溫敏生物墨水,。這種墨水通過溫度控制可以穩(wěn)定保持其物理結構,，無需光固化，可以誘導組織再生,，并經過一定時間后在體內生物降解,。

TNC生物墨水在25℃下具有良好的印刷適應性，在PBS中可保持至少30天的結構穩(wěn)定性,。結果顯示,，TNC生物墨水的性能表現優(yōu)于TR生物墨水

結果與討論

研究團隊發(fā)現目前常用的水凝膠生物墨水需要經過光固化過程來增強打印后的3D支架的機械性能，但這個過程可能對人體產生不良影響,。此外,，將外部培養(yǎng)的細胞移植到生物墨水中也可能會產生副作用。因此,，他們使用溫度敏感的聚（有機磷腈）水凝膠開發(fā)了一種新的生物墨水材料,，該材料在低溫下呈液體形式，在體溫下變?yōu)橛材�膠,，從而實現了僅通過溫度控制即可再生組織,，而無需使用化學交聯劑或紫外線照射。最終,，研究團隊成功制造出具有物理穩(wěn)定結構的3D支架,。

這款研發(fā)出的生物墨水具備可與生長因子相互作用的分子結構，而生長因子則是有助于組織再生的蛋白質,，在長時間內可持續(xù)調節(jié)細胞生長,、分化和免疫反應。研究團隊通過創(chuàng)建一個環(huán)境,，在使用生物墨水打印的3D支架內,，實現細胞分化的自主調節(jié),，以最大程度地促進組織再生效果。

TNC-BT生物墨水能夠加速體內骨組織再生

該研究小組使用含有細胞浸潤和骨再生所需的轉化生長因子β1（TGF-β1）和骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2（BMP-2）的生物墨水,，通過3D生物打印機制造了3D支架,，并將其植入大鼠受損的骨骼進行實驗。結果顯示,，來自周圍組織的細胞遷移到支架中,，缺損的骨骼再生到了正常組織的水平。植入的3D支架在42天內在體內緩慢生物降解,。

KIST的宋秀昌博士表示：“我們的研究團隊已經在2022年6月將熱敏聚磷腈水凝膠技術轉讓給了NexGel Biotech Co.,，該公司正在推進骨移植材料和美容填充劑等產品的開發(fā)�,！� 他還表示：“由于開發(fā)出的這種生物墨水具有不同的物理特性,，我們計劃將其用于骨組織以外的其他組織再生，并希望最終能夠將針對每個組織和器官量身定制的生物墨水商業(yè)化,�,！�

KIST成立于1966年，是韓國第一家政府資助的研究機構,，目前致力于通過領先的創(chuàng)新研究解決國家和社會面臨的挑戰(zhàn),，推動經濟增長,。