中國科學(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順團(tuán)隊(duì)在用于擠出式生物打印的明膠基生物墨水研究取得進(jìn)展。相應(yīng)成果“Temperature-programmable and enzymatically solidifiable gelatin-based bioinks enable facile extrusion bioprinting(用于擠出式生物打印的溫度可控和酶固化的明膠基生物墨水)”于 2020 年 7月 7 日在 Biofabrication 上發(fā)表。

明膠具有良好的生物相容性、生物降解性和非免疫原性，是一種理想的生物墨水。然而，由于其固有的低黏度和在生理?xiàng)l件下形成的凝膠不穩(wěn)定，故不適合于擠出式生物打印并構(gòu)造高保真度的結(jié)構(gòu)。該團(tuán)隊(duì)采用可逆四氫鍵合的脲嘧啶酮(UPy)和酶響應(yīng)型酪氨酸部分(Tyr)進(jìn)行順序化學(xué)修飾，使明膠具有溫度響應(yīng)性的黏度和可控的酶交聯(lián)固化，從而實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)印刷性和提高保真度的目標(biāo)。

通過改變聚合物網(wǎng)絡(luò)中 UPy 的含量，調(diào)節(jié)明膠生物墨水的黏度，使其能在生理溫度下進(jìn)行擠壓生物印刷。生物打印后，在溫和條件下通過 HRP/H2O2進(jìn)行酶交聯(lián)以化學(xué)固化充滿細(xì)胞的復(fù)合結(jié)構(gòu)，達(dá)到進(jìn)一步穩(wěn)定結(jié)構(gòu)并確保高形狀保真度。

基于該新型生物墨水 Gel-UPy-Tyr，該文團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了多種載有細(xì)胞的構(gòu)建體，包括載人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(hBMSC)的二維曲線、三維支架，一個(gè)可扭轉(zhuǎn)的含有 hBMSC 人耳模型、一個(gè)包含 hBMSC 和內(nèi)皮細(xì)胞的雙細(xì)胞脛骨樣結(jié)構(gòu)，以及一個(gè)六邊形棱形的負(fù)載肝細(xì)胞的支架。該系列構(gòu)建體中負(fù)載的細(xì)胞在 24 h 內(nèi)具有超過 90% 的高活性，并在一周內(nèi)顯示出增殖行為以及相關(guān)蛋白質(zhì)分泌。這表明在生理溫度下，基于 Gel-UPy-Tyr 生物墨水的構(gòu)建體不僅可以保持結(jié)構(gòu)形態(tài)的保真，而且還可以維持負(fù)載細(xì)胞的生長和功能。

Gel-UPy-Tyr 生物墨水將有望實(shí)現(xiàn)功能性 3D 組織的體外構(gòu)建，并最終形成器官，或?qū)?yīng)用于組織再生領(lǐng)域。此外，它還可用于從搭建藥物篩選平臺，為個(gè)性化用藥提供支撐。

基于該新型生物墨水 Gel-UPy-Tyr，通過擠出式生物 3D 打印，得到高保真度的二維和三維結(jié)構(gòu)，以及搭載細(xì)胞的人耳、肝單元、脛骨模型[1][1] He HM, Li D, Lin ZF, et al. Temperature-programmable and enzymatically solidifiable gelatin-based bioinks enable facile extrusion bioprinting [J]. Biofabrication, 2020, 12: 045003.