含人重組彈性蛋白原的生物墨水——人工組織的新選擇

供稿人:謝璇璇、高琳 供稿單位：機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室

近日，加州大學團隊研制出以改性人重組彈性蛋白原作為主要成分的新型生物墨水，在生物3D組織打印，尤其是人工心臟打印上具有應用潛力與前景。

圖1 生物墨水的組成

人重組彈性蛋白原的彈性來自于三維結(jié)構(gòu)中疏水區(qū)域與親水區(qū)域的相互作用，其鏈結(jié)構(gòu)如圖所示。將人重組彈性蛋白原與明膠分別用甲基丙烯酸酐改性，引入交聯(lián)基團，分別得到主成分Metro及GelMa，并采用苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)磷酸鋰鹽（LAP）作為交聯(lián)劑，可在405nm光照射下交聯(lián)固化。生物墨水中的GelMA提供適宜的細胞培養(yǎng)環(huán)境，強化墨水的可打印性；MeTro的加入增強了打印結(jié)構(gòu)的彈性和機械穩(wěn)定性及生物相容性，并獲得體內(nèi)降解的能力。

圖2 打印參數(shù)的測定及打印保真度驗證

雖然GelMa的加入增加了流變性能，未固化的墨水缺乏提供機械穩(wěn)定性的能力，在離開噴嘴后立即變形。支持浴技術解決了這個問題，打印過程中，打印結(jié)構(gòu)被主要由交聯(lián)的聚丙烯酸顆粒包圍支撐。光聚合后，通過加入一價陽離子，如杜爾貝科磷酸鹽緩沖鹽(DPBS)，將聚丙烯酸顆粒液化，獲得打印結(jié)構(gòu)。

研究團隊在不同的打印速度(10~50mm·s-1)和擠壓壓力(5~25KPa)下測試出新型生物墨水最佳打印工藝參數(shù)。在各種復雜結(jié)構(gòu)，如心臟切片，晶格結(jié)構(gòu)打印保真度良好。系列測試說明新型生物墨水具備打印可用結(jié)構(gòu)的資質(zhì)。

圖3 帶血管心臟結(jié)構(gòu)制造示意圖及其上細胞存活率測定

圖4 帶血管心臟結(jié)構(gòu)屏障功能及自發(fā)搏動功能測試

在實際應用層面，由該墨水打印帶血管心臟結(jié)構(gòu)，通過對FITC-Dex熒光素的擴散觀察，發(fā)現(xiàn)打印結(jié)構(gòu)具備內(nèi)皮屏障功能；而搏動量化實驗發(fā)現(xiàn)打印結(jié)構(gòu)具備心肌細胞的自發(fā)搏動。這兩項是心臟組織的重要功能，展示了新型生物墨水在人工心臟打印中的應用潛力。

參考文獻：
Lee, S., Sani, E. S., Spencer, A. R., Guan, Y., Weiss, A. S., Annabi, N., Human‐Recombinant‐Elastin‐Based Bioinks for 3D Bioprinting of Vascularized Soft Tissues. Adv. Mater. 2020, 2003915.