投影式光固化3D打印用于定制功能性微凝膠

可注射的微凝膠在基因治療、組織工程和細胞治療等多個領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，但是現(xiàn)有制備定制微凝膠的技術(shù)太復雜且耗時。四川大學茍馬玲教授團隊發(fā)表在“ACS Applied Materials & Interfaces”上的“3D Printing Enabled Customization of Functional Microgels”一文中，研究人員通過使用投影式光固化3D打印工藝制造出了具有定制形狀和尺寸的微凝膠結(jié)構(gòu)。這些制造出的微凝膠結(jié)構(gòu)因其包裹有納米顆粒的藥物，從而具有持續(xù)藥物釋放的功能。同樣地，研究人員通過使用該技術(shù)制造出包裹細胞的微凝膠結(jié)構(gòu)，并最終驗證了其中所包裹的細胞具有生存和增殖能力。

首先，研究人使用光固化投影3D打印技術(shù)制備了微凝膠（圖1）。出于對細胞和藥物損傷的考慮，研究人員選擇了405 nm可見光來打印各種形狀的微凝膠3D結(jié)構(gòu)，并通過觀察微凝膠注射前后的形態(tài)變化，證實了注射器的機械擠壓對微凝膠的形狀不會產(chǎn)生明顯影響。

圖1 微凝膠的打印原理圖及打印效果

隨后研究人員對打印出的微凝膠結(jié)構(gòu)生物降解性和生物相容性進行了測量（圖2），結(jié)果表明打印出的微凝膠具有緩慢降解的特性且毒性較小。通過分析細胞與微凝膠的粘附效果可看出打印的微凝膠結(jié)構(gòu)具有良好的生物相容性。

圖2 微凝膠的生物降解性及生物相容性測試

接下來研究人員將納米粒子和微凝膠進行混合制備出納米復合材料的微凝膠（圖3），實驗結(jié)果表明納米粒子可以均勻分布在微凝膠結(jié)構(gòu)中。隨后，研究人員對打印結(jié)構(gòu)中納米顆粒的體外釋放進行了研究（圖4）。研究結(jié)果顯示在釋放期間上清液中存在納米顆粒，這表明了微凝膠納米復合材料可以釋放納米顆粒。

圖3 納米復合材料微凝膠的制備

圖4 納米復合材料微凝膠的藥物釋放原理

最后研究人員將載細胞生物墨水制備成微凝膠結(jié)構(gòu)，并對其中細胞的存活及增殖進行了表征（圖5）。實驗結(jié)果表明細胞均勻分布于微凝膠中，經(jīng)7天培養(yǎng)后依然保持較高的細胞活性，經(jīng)14天培養(yǎng)后細胞數(shù)量增至1.8倍。

圖5 載細胞微凝膠結(jié)構(gòu)的制備及表征

綜上所述，該研究提供了一種基于光固化投影3D打印技術(shù)定制功能性微凝膠結(jié)構(gòu)的快速制備方法，并通過摻入納米顆粒和細胞使微凝膠功能化，經(jīng)過制備所得到的微凝膠可用于包裹藥物、蛋白質(zhì)、細胞等生物分子。該研究有助于開發(fā)新的血管疾病治療方法，并在藥物輸送、細胞包覆、納米反應(yīng)器和生物傳感器等研究領(lǐng)域中具有巨大的潛力。

論文鏈接：
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsami.8b18701