用于四維活細胞生物打印的卡住微片水凝膠

供稿人：李紅艷 連芩 供稿單位：西安交通大學機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室　

使用水凝膠作為4D打印的生物墨水具有易于加工性,、天然組織細胞外基質結構的仿生能力，與基于擠出的4D打印技術的高度相容性等優(yōu)點,，但也存在印刷分辨率不足,、形狀保真度不理想和頻繁的噴嘴阻塞等阻礙。在基于水凝膠的材料中,，微凝膠（例如顆粒水凝膠）已被廣泛使用,，顆粒狀微凝膠在足夠的應力和溫度條件下被特殊加工成“卡住狀態(tài)”（jammed），以提高印刷適性,。

伊利諾伊大學芝加哥分校的AiXiang Ding等人開發(fā)了一種卡住的異質單組分微片水凝膠（MFH）系統(tǒng),，由離子交聯氧化和甲基丙烯酸酯海藻酸鹽（OMA）微凝膠組成，作為4D活細胞生物打印的墨水,。當加入光引發(fā)劑（PI）和紫外線吸收劑時,，這種MFH可以很容易地打印到穩(wěn)定的3D生物結構中，并且可以進一步交聯以形成更強大的水凝膠構建體,，在水凝膠內具有交聯梯度,。打印的3D生物構建體中MFH的交聯梯度允許在細胞培養(yǎng)基中培養(yǎng)后受控地變形為定義的幾何形狀（圖1）。

圖1：結合PI和紫外線吸收劑的4D MFH生物打印方案：i）將卡住的富含細胞的MFH生物墨水打印到生物構建體中;ii）紫外線交聯以在3D打印的生物結構內產生交聯梯度;iii）在培養(yǎng)基中培養(yǎng)以驅動形狀變形,。

利用這種生物墨水,，使用光刻技術局部光交聯含有細胞的水凝膠棒，并在37°C下在GM中培養(yǎng)水凝膠棒,，以引發(fā)復雜的形狀轉換,。例如，以相反方向的兩個獨立梯度進行光交聯的水凝膠棒變成“生物螺旋”（圖2a）或“bioS”結構（圖2b ）,。這種獨特的4D生物打印系統(tǒng)將在4D組織和器官工程中具有廣闊的應用前景,，并可能有助于研究發(fā)育過程。

圖2：a）充滿細胞的“生物螺旋”結構的顯微照片,。b） 充滿細胞的“bioS”結構的照片,。

參考文獻：
AiXiang Ding et al. Jammed Micro-Flake Hydrogel for Four-Dimensional Living Cell Bioprinting. Advancedmaterials.2022.