中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院人體組織與器官退行性研究中心阮長(zhǎng)順與潘浩波研究團(tuán)隊(duì)和北京積水潭醫(yī)院陳大福研究團(tuán)隊(duì)在 3D 打印力學(xué)穩(wěn)定的非鈣離子交聯(lián)海藻酸基支架取得進(jìn)展。相應(yīng)成果為“Lin ZF, Wu MM, He HM, et al. 3D printing of mechanically stable calcium-free alginate based scaffolds with tunable surface charge to enable cell adhesion and facile biofunctionalization [J]. Advanced Functional Materials, 2019, 29(9): 1808439(3D 打印力學(xué)穩(wěn)定的非鈣離子交聯(lián)海藻酸基支架可通過(guò)電荷調(diào)控促進(jìn)細(xì)胞黏附和生物功能化)”。 為滿足器官重建臨床需求，開(kāi)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 3D 打印墨水具有較大的研究?jī)r(jià)值與意義。為克服傳統(tǒng)海藻酸鹽(Alg)基生物 3D 打印墨水僅通過(guò)陽(yáng)離子相互作用的交聯(lián)，存在生物惰性性質(zhì)和機(jī)械穩(wěn)定性不足等缺陷，該研究提出基于海藻酸鹽/聚賴氨酸基新型聚電解質(zhì)生物墨水。其中，通過(guò)使用 ε-聚賴氨酸(ε-PL)改性的基于海藻酸鹽的生物墨水(Alg /ε-PL)，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，實(shí)現(xiàn)常態(tài)下大尺寸自支撐結(jié)構(gòu)支架的 3D 打印。進(jìn)一步地，通過(guò)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，避免了使用鈣離子作為交聯(lián)劑，提高了支架長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

研究結(jié)果顯示，由聚賴氨酸的引入而增加的靜電相互作用，能提高基于 Alg 的生物墨水的可印刷性，這對(duì)印刷支架的自支撐穩(wěn)定性具有增強(qiáng)作用?；诳烧{(diào)控的支架表面電荷，所構(gòu)建支架不僅促進(jìn)了細(xì)胞的黏附，而且還實(shí)現(xiàn)了多種活性因子的吸附和緩釋。而體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)表明，負(fù)載的細(xì)胞外基質(zhì)或生長(zhǎng)因子能夠顯著提高海藻酸鹽的生物活性。

該研究提出的基于海藻酸鹽/聚賴氨酸基新型聚電解質(zhì)生物墨水，成功突破了傳統(tǒng)海藻酸鹽基-鈣離子打印墨水體系的應(yīng)用瓶頸，如穩(wěn)定性和生物活性差等。

海藻酸鹽/聚賴氨酸生物墨水生物打印示意圖：(a) 制備具有可調(diào)表面電荷的 Alg /ε-PL 生物墨水和 3D 支架；(b)Alg /ε-PL 生物油墨的穩(wěn)定性得到改善；(c)Alg /ε-PL 生物墨水的自支撐特性促進(jìn)了復(fù)雜支架的制造