首爾科技大學開發(fā)出康普茶菌生物打印墨水，能夠創(chuàng)建高精度多層獨立結(jié)構(gòu)

2025年2月5日，南極熊獲悉，來自首爾國立科技大學 (SEOULTECH) 的研究人員聲稱開發(fā)了一種由康普茶菌衍生的納米纖維素制成的新型生物墨水。這種生物墨水提供了一種支持細胞生長以修復組織的支架。它可以通過手持式生物筆直接應用于受損區(qū)域，使其成為直接體內(nèi)組織工程傷口和復雜損傷的理想選擇，特別是在緊急和急救環(huán)境中。

組織工程利用 3D 打印和生物墨水在支架上培育人體細胞，從而為皮膚、軟骨和器官等受損組織創(chuàng)造替代品。由韓國首爾科技大學的 Insup Noh 教授領(lǐng)導的研究小組開發(fā)了一種生物墨水，使用從 KombuchaSCOBY（細菌和酵母的共生培養(yǎng)）中提取的納米纖維素作為支架材料。這種生物材料為傳統(tǒng)選擇提供了一種可持續(xù)的替代方案，可以將其裝載到手持式“Biowork”生物筆上，這也是由同一團隊開發(fā)的。數(shù)字生物筆可以將生物墨水精確應用于受損的缺損區(qū)域，例如不規(guī)則的軟骨和大的皮膚傷口，為更個性化和更有效的體內(nèi)組織修復鋪平了道路，并消除了體外組織工程過程的需要。

相關(guān)論文以題為“Simultaneous processing of bothhandheld biomixing and biowriting of kombucha cultured pre-crosslinkednanocellulose bioink for regeneration of irregular and multi-layered tissuedefects”的論文發(fā)表在《國際生物大分子雜志》上。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.136966

Noh 教授表示：“我們通過細菌和酵母的共生培養(yǎng)預制的納米纖維素水凝膠網(wǎng)絡，可以作為體內(nèi)組織工程的平臺生物墨水，通過加載所有類型的生物分子和藥物并直接進行生物打印。”

Kombucha SCOBY 是一種用于發(fā)酵綠茶的細菌和酵母的共生培養(yǎng)物。微生物產(chǎn)生纖維素，這種纖維素可生物降解，與細胞相容。然而，從 Kombucha SCOBY 中提取的納米纖維素具有纏結(jié)結(jié)構(gòu)，需要對其進行修改才能進行3D 生物打印。這涉及調(diào)整其流變性能（流動方式）和機械性能，以改善擠出效果并在打印后保持結(jié)構(gòu)完整性。

研究人員通過用乙酸部分水解納米纖維素實現(xiàn)了這一目標——打破葡萄糖鍵并解開網(wǎng)絡，使其具有生物可打印性。然而，這種處理方法缺乏對其特性的控制——導致其結(jié)構(gòu)強度降低。該團隊用殼聚糖（帶正電）和高嶺土（帶負電）納米顆粒增強了納米纖維素。這些殼聚糖和高嶺土顆粒通過靜電力與纖維素相互作用——形成適合 3D 生物打印的穩(wěn)定水凝膠。

生物墨水的制備方法是將包括活細胞在內(nèi)的成分在生物筆內(nèi)混合。生物筆內(nèi)的兩個反向旋轉(zhuǎn)螺桿由數(shù)字控制，將成分均勻混合，從而形成一種均勻的生物墨水，可以通過針頭直接涂抹在受損組織上。當連接到 3D 生物打印機時，生物筆能夠創(chuàng)建具有高分辨率的多層獨立結(jié)構(gòu)，例如高度超過1厘米的分叉管和金字塔。生物筆還用于直接原位逐層打印不規(guī)則形狀的缺陷。利用它，首爾科技大學的研究人員準確地用 3D 打印的顱骨和股骨頭模型填充了設(shè)計的缺陷。

生物墨水和數(shù)字生物筆的組合提供了一種經(jīng)濟有效的解決方案，無需任何體外組織再生過程即可治療大面積和不規(guī)則形狀的傷口，特別是在緊急情況和急救情況下。Noh 教授說：“這項技術(shù)允許快速簡便的一步式過程，將藥物和水凝膠混合并立即應用于不同形狀的受傷部位�！�