研究人員將水凝膠和纖維結(jié)合起來，開發(fā)用于組織再生的3D打印技術(shù)

2024年2月9日，南極熊獲悉，拜羅伊特大學(xué)（Universität Bayreuth）宣布，該校團(tuán)隊在Leonid Ionov教授的領(lǐng)導(dǎo)下開發(fā)了一種新型的3D打印技術(shù)，結(jié)合了水凝膠和纖維。據(jù)該團(tuán)隊稱，這一工藝首次將水凝膠和纖維結(jié)合到同一設(shè)備中，可生產(chǎn)出具有纖維結(jié)構(gòu)和單軸細(xì)胞排列的多層結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)可能在生物科技、材料科學(xué)或其它領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用和意義。

△拜羅伊特大學(xué)開發(fā)了一種生產(chǎn)多層生物墨水纖維復(fù)合材料的新方法

在Ionov及其團(tuán)隊的研究中，他們廣泛測試了各種類型的水凝膠，這些水凝膠已在組織的3D打印中進(jìn)行了大量實驗。水凝膠中含有細(xì)胞，也稱為生物墨水，與纖維結(jié)合形成一種復(fù)合材料。這種復(fù)合材料是通過采用集成觸摸紡絲工藝的生物3D打印技術(shù)實現(xiàn)的。組織工程是人工生產(chǎn)生物組織的總稱。

觸摸紡絲是一種可擴(kuò)展的工藝，從聚合物溶液或熔體中生產(chǎn)纖維。拜羅伊特的科學(xué)家們首次將生物3D打印技術(shù)與觸摸紡絲技術(shù)結(jié)合到同一設(shè)備中。

△水凝膠細(xì)胞（生物墨水）制造過程的示意圖。利用無需雙手操作的生物3D打印墨水與納米纖維接觸紡絲技術(shù)，制備水凝膠-細(xì)胞（生物墨水）

教授Leonid Ionov教授表示：“這項研究的發(fā)現(xiàn)對于生物材料的生產(chǎn)組織，特別是那些具有纖維結(jié)構(gòu)和細(xì)胞單軸排列的組織（如結(jié)締組織和肌肉組織）具有重要意義?！?br />

△該團(tuán)隊的研究已發(fā)表在《先進(jìn)醫(yī)療保健材料》雜志上，題目為“復(fù)合生物墨水-納米纖維結(jié)構(gòu)的生物制造:生物墨水的流變特性對生物3D打印的影響，以及細(xì)胞與排列整齊的觸摸紡納米纖維的相互作用”（傳送門）

拜羅伊特的科學(xué)家們在實驗中采用了多種水凝膠，并對它們的特性進(jìn)行了比較。據(jù)拜羅伊特大學(xué)介紹，水凝膠多年來已被廣泛應(yīng)用于組織工程和生物制造領(lǐng)域的支架材料中。

該大學(xué)指出，水凝膠系統(tǒng)與纖維系統(tǒng)的結(jié)合減少了對水凝膠加工的需求，例如通過交聯(lián)來改善其機(jī)械性能，因為纖維系統(tǒng)覆蓋了復(fù)合材料的機(jī)械性能。研究小組表示，較低的交聯(lián)度要求有利于后續(xù)組織的形成。

△Ionov團(tuán)隊

Ionov教授補(bǔ)充道：“水凝膠為細(xì)胞提供了水環(huán)境，促進(jìn)了細(xì)胞的良好運(yùn)作，而纖維則應(yīng)該控制細(xì)胞沿纖維主要方向的取向?！?br />
拜羅伊特的科學(xué)家們在結(jié)合這兩種技術(shù)并已獲得專利的基礎(chǔ)上，成立了一家名為“biovature GmbH”的新公司，旨在推動這一創(chuàng)新3D打印技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用。作為合作研究中心SFB/TRR 225的一部分，德國研究基金會（DFG）為該項目提供了資金支持。

生物制造領(lǐng)域的這一突破代表了向功能性人造組織生產(chǎn)邁出的重要一步，并有可能對醫(yī)學(xué)研究和治療方法產(chǎn)生持久影響。