韓國科學(xué)技術(shù)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(xué)技術(shù)研究院的一支研究團(tuán)隊開發(fā)了一種聚（有機(jī)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(dǎo)組織再生。

韓國科學(xué)技術(shù)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(jié)果已被發(fā)表在材料領(lǐng)域國際學(xué)術(shù)期刊Small的最新一期,，并作為內(nèi)封底刊登（傳送門）

技術(shù)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(yīng)用在人造器官和組織領(lǐng)域越來越活躍,。3D生物打印技術(shù)利用細(xì)胞和生物材料構(gòu)建三維人造組織結(jié)構(gòu)，最近備受關(guān)注,。然而,，常用的水凝膠生物墨水通常需要使用化學(xué)交聯(lián)劑和紫外線進(jìn)行光固化，這可能會引起細(xì)胞毒性,。

這是TNC生物墨水系統(tǒng)和骨組織工程應(yīng)用的示意圖,。A）TNC生物墨水表現(xiàn)出熱響應(yīng)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(xiàn)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(xì)胞遷移和成骨以促進(jìn)骨愈合,，并且不會出現(xiàn)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(xué)技術(shù)研究院生物材料中心的宋秀昌博士領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊，首次開發(fā)了一種聚（有機(jī)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(jié)構(gòu),，無需光固化，可以誘導(dǎo)組織再生,，并經(jīng)過一定時間后在體內(nèi)生物降解,。

TNC生物墨水在25℃下具有良好的印刷適應(yīng)性，在PBS中可保持至少30天的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,。結(jié)果顯示,，TNC生物墨水的性能表現(xiàn)優(yōu)于TR生物墨水

結(jié)果與討論

研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)目前常用的水凝膠生物墨水需要經(jīng)過光固化過程來增強打印后的3D支架的機(jī)械性能，但這個過程可能對人體產(chǎn)生不良影響,。此外,，將外部培養(yǎng)的細(xì)胞移植到生物墨水中也可能會產(chǎn)生副作用,。因此，他們使用溫度敏感的聚（有機(jī)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(xiàn)了僅通過溫度控制即可再生組織,，而無需使用化學(xué)交聯(lián)劑或紫外線照射,。最終，研究團(tuán)隊成功制造出具有物理穩(wěn)定結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu),，而生長因子則是有助于組織再生的蛋白質(zhì)，在長時間內(nèi)可持續(xù)調(diào)節(jié)細(xì)胞生長,、分化和免疫反應(yīng),。研究團(tuán)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(nèi),，實現(xiàn)細(xì)胞分化的自主調(diào)節(jié),，以最大程度地促進(jìn)組織再生效果。

TNC-BT生物墨水能夠加速體內(nèi)骨組織再生

該研究小組使用含有細(xì)胞浸潤和骨再生所需的轉(zhuǎn)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(jī)制造了3D支架,，并將其植入大鼠受損的骨骼進(jìn)行實驗。結(jié)果顯示,，來自周圍組織的細(xì)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(nèi)在體內(nèi)緩慢生物降解,。

KIST的宋秀昌博士表示：“我們的研究團(tuán)隊已經(jīng)在2022年6月將熱敏聚磷腈水凝膠技術(shù)轉(zhuǎn)讓給了NexGel Biotech Co.,，該公司正在推進(jìn)骨移植材料和美容填充劑等產(chǎn)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?qū)⑨槍γ總�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(jī)構(gòu),，目前致力于通過領(lǐng)先的創(chuàng)新研究解決國家和社會面臨的挑戰(zhàn),，推動經(jīng)濟(jì)增長。