新型彈性可生物降解水凝膠可幫助未來3D打印人體軟組織

去年，德克薩斯大學阿靈頓分校(UTA)生物工程學教授Yi Hong博士獲得美國國立衛(wèi)生研究院 (NIH)頒發(fā)的R21資助， 為患有血管疾病缺陷的兒童制作3D打印血管材料。洪博士自從他開始職業(yè)生涯以來一直是研究補助金，總計超過85萬美元?，F(xiàn)在，他正在領(lǐng)導一個團隊為3D打印材料模仿人體軟組織創(chuàng)建一個高彈性可生物降解水凝膠，從而繼續(xù)他在醫(yī)療領(lǐng)域的3D打印工作。這種有彈性的新物質(zhì)有一天會幫助產(chǎn)生幾種不同類型的組織，包括血管，心臟肌肉，骨骼肌肉和皮膚。

UTA生物工程教授兼項目負責人Yi Hong博士展示了他的新型hyrdogel。洪博士解釋說：“軟組織生物打印經(jīng)歷了巨大的挑戰(zhàn)，因為水凝膠常常易碎且不可拉伸，并且不能模擬人體軟組織的機械行為。

“為了克服這些挑戰(zhàn)，我們開發(fā)了一種簡單的系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用由可見光激活的單一交聯(lián)機制來實現(xiàn)用于細胞打印的高度彈性和穩(wěn)健的可生物降解和生物相容性水凝膠?！?br />
3D生物打印技術(shù)(包括人造組織支架在內(nèi)使用活細胞)將最終 改變我們所知道的醫(yī)療保健領(lǐng)域。但水凝膠雖然在3D生物打印應(yīng)用中經(jīng)常使用，但不是萬無一失的材料，并且容易斷裂。洪博士說：“它不強壯，不軟，沒有彈性?！?br />
研究人員最近在美國化學學會的ACS應(yīng)用材料與界面雜志上發(fā)表了一篇題為“ 高彈性可生物降解的單網(wǎng)格水凝膠用于細胞打印 ”的 論文。合作者包括 來自波士頓東北大學的 Cancan Xu ， 李文漢， 戴國豪和 Hong博士。

摘要寫道：“細胞打印正在成為制造用于生物醫(yī)學應(yīng)用打印纖維素支架的的常用技術(shù)。在使用水凝膠的軟組織生物打印中仍存在重大挑戰(zhàn)，這需要水凝膠內(nèi)的活細胞。此外，水凝膠的彈性機械性能也需要機械模仿天然軟組織。在這里，我們開發(fā)了可見光交聯(lián)，單網(wǎng)格，可生物降解的水凝膠，具有高度彈性和靈活性，適用于細胞打印，與以前具有雙網(wǎng)絡(luò)和雙組分的高彈性水凝膠不同。單網(wǎng)絡(luò)水凝膠僅使用一種刺激物(可見光)來觸發(fā)凝膠化，可以極大地簡化細胞打印過程。獲得的水凝膠具有高彈性，并且可以調(diào)整它們的機械性能以匹配各種天然軟組織。水凝膠具有良好的細胞相容性以支持體外成纖維細胞生長。用水凝膠將各種人類細胞生物打印以形成細胞凝膠構(gòu)建體，其中細胞在培養(yǎng)7天后表現(xiàn)出高生存力。復(fù)合形狀由水凝膠打印，表明細胞打印的水凝膠可行性。我們相信這種高度彈性的單網(wǎng)格水凝膠可以用不同的細胞類型進行簡單打印，并且可以為基于水凝膠的生物打印研究提供新的材料平臺和新思路。

在被選為美國化學學會編輯選擇的論文中，研究人員解釋了他們的3D可打印水凝膠是如何由聚己內(nèi)酯 - 聚(乙二醇) - 聚己內(nèi)酯(PCL-PEG-PCL)三嵌段可生物降解聚合物) - 連同兩個端基丙烯酸酯和一個可見光水溶性引發(fā)劑。

Hong博士表示：“聚己酸內(nèi)酯和聚乙二醇已經(jīng)在食品和藥物管理局批準的設(shè)備和植入物中廣泛使用，這將有助于將材料快速轉(zhuǎn)變成未來的臨床前和臨床試驗。這種水凝膠的力學性能與不同軟組織匹配的可調(diào)性具有真正的優(yōu)勢?！?br />

據(jù)悉，已經(jīng)為新的彈性材料申請了臨時專利，該新型彈性材料可以用于創(chuàng)建組織貼片，其將幫助患者的天然組織愈合和再生。該研究的目標是使用新型水凝膠為患有心臟缺陷的兒童制作新血管。然而，洪博士說，在實現(xiàn)這個目標之前，還有很長的路要走。

來源：3D打印在線