近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院醫(yī)藥所人體組織與器官退行性研究中心副研究員阮長順課題組、研究員潘浩波課題組與北京積水潭醫(yī)院教授陳大福合作在生物打印墨水及組織修復(fù)功能支架構(gòu)建領(lǐng)域獲得新進(jìn)展。該研究基于海藻酸鹽/聚賴氨酸基新型聚電解質(zhì)生物墨水開展，成功突破了傳統(tǒng)海藻酸鹽基-鈣離子打印墨水體系的不穩(wěn)定且生物活性差等應(yīng)用瓶頸。相關(guān)研究成果以3D Printing of Mechanically Stable Calcium Free Alginate based Scaffolds with Tunable Surface Charge to Enable Cell Adhesion and Facile Biofunctionalization（《3D打印電荷可調(diào)控且力學(xué)性能穩(wěn)定的非鈣離子交聯(lián)海藻酸基支架用于促進(jìn)細(xì)胞黏附和支架功能化》）為題發(fā)表在Advanced Functional Materials（《先進(jìn)功能材料》，2019， DOI：10.1002/adfm.201808439）上。退行性中心研究助理林子鋒為論文第一作者。
生物打印(3D Bioprinting)技術(shù)的快速發(fā)展使得體外器官重建成為可能。打印材料（通常稱為打印墨水）在生物打印過程扮演著重要作用，決定了生物打印工藝及打印后產(chǎn)品性能與應(yīng)用潛力。為了滿足器官重建臨床需求，開發(fā)兼具可打印性、優(yōu)異成型性能和生物相容性以及功能化的生物墨水具有很大的研究價(jià)值與意義。阮長順課題組在打印墨水前期研究中，實(shí)現(xiàn)骨誘導(dǎo)型功能生物墨水（Advanced Science，2018）、高強(qiáng)度水凝膠墨水構(gòu)建骨/軟骨一體化修復(fù)支架（Advanced Functional Materials，2018；ACS Biomaterials Science & Engineering，2017）等。
海藻酸鹽是聚陰離子型多糖，能與鈣離子等陽離子快速交聯(lián)成型，具有優(yōu)異的打印性能，因此是目前生物打印最常用的生物墨水之一。但該傳統(tǒng)體系所構(gòu)建支架力學(xué)穩(wěn)定性差和生物活性弱，嚴(yán)重限制了其臨床應(yīng)用。針對(duì)此問題，團(tuán)隊(duì)首次提出基于海藻酸鹽/聚賴氨酸基新型聚電解質(zhì)生物墨水，在富含氨基的聚賴氨酸與海藻酸鹽上的羧基電荷吸引作用下，可在常態(tài)中實(shí)現(xiàn)大尺寸自支撐結(jié)構(gòu)支架的打印。通過進(jìn)一步對(duì)支架進(jìn)行交聯(lián)，實(shí)現(xiàn)支架表面電荷可調(diào)控性，避免使用鈣離子作為交聯(lián)劑，并且提高了支架長期的穩(wěn)定性?；诳烧{(diào)控的支架表面電荷，海藻酸鹽/聚賴氨酸支架不僅促進(jìn)了細(xì)胞的黏附，而且實(shí)現(xiàn)了多種活性因子的吸附和緩釋，體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)證實(shí)了負(fù)載的細(xì)胞外基質(zhì)或生長因子能夠顯著提高海藻酸鹽的生物活性。
該項(xiàng)目獲得國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然基金及廣東省特支計(jì)劃等的資助。
海藻酸鹽/聚賴氨酸生物墨水生物打印示意圖
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