國家兒童醫(yī)學(xué)中心與東華大學(xué)研發(fā)抑菌性3D打印甘油水凝膠墨水

來源：中國青年報

南極熊獲悉，國家兒童醫(yī)學(xué)中心（上海）、上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬上海兒童醫(yī)學(xué)中心付煒、王偉團隊聯(lián)合東華大學(xué)游正偉教授團隊在權(quán)威期刊《Matter》（中文名《材料》）在線發(fā)表了題為“Intrinsically Cryopreservable Bacteriostatic Durable Glycerohydrogel Inks for 3D Bioprinting”（可直接細胞凍存的抑菌3D生物打印甘油水凝膠墨水）的研究成果。該論文首次提出了將甘油用于調(diào)控“自由水”狀態(tài)進而合成甘油水凝膠生物墨水的概念，并證實了該款生物墨水具有抑菌性、形狀保真、適合3D生物打印和細胞凍存保護等一系列特性，具有廣泛的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用前景。

3D生物打印能夠制備不同形態(tài)、不同細胞成分的3D組織模型，因此在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中發(fā)揮著越來越重要的作用，被廣泛應(yīng)用于再生醫(yī)學(xué)、疾病建模和藥物篩選等領(lǐng)域。

相關(guān)實驗說明解析。受訪者供圖

但實現(xiàn)3D生物打印的關(guān)鍵是“生物墨水”。水凝膠憑借著優(yōu)異的生物相容性以及能夠模擬細胞外基質(zhì)的特點，成為常用的生物墨水材料之一。以往對水凝膠生物墨水的研究主要聚焦于3D生物打印后組織的細胞相容性和細胞存活率。但普通水凝膠生物墨水客觀上為細菌繁殖提供了潮濕和封閉的環(huán)境，所含有的水分也容易蒸發(fā)。生物墨水抑菌能力差、3D打印組織難以長期形狀保真、3D打印組織的冷凍保存效果不佳等問題一直困擾著3D生物打印技術(shù)的進一步發(fā)展。

目前，從全球范圍來看，亟需建立一種新的生物墨水體系，以促進3D打印技術(shù)的實際應(yīng)用。

上海兒童醫(yī)學(xué)中心與東華大學(xué)合作開發(fā)了一種多功能甘油水凝膠作為生物墨水來逐條解決上述問題。關(guān)鍵步驟在于使用了甘油來調(diào)節(jié)生物墨水中“水”的狀態(tài)。甘油水凝膠中有限的“自由水”不利于細菌繁殖，能夠顯著抑制大腸桿菌和霉菌的生長。通過3D打印制備的甘油水凝膠支架也能夠通過抑制“水”的蒸發(fā)來維持形狀保真度，且甘油水凝膠中的細胞比普通水凝膠中的細胞表現(xiàn)出更高的活性。此外，因為甘油水凝膠中的大部分水都結(jié)合在一起，進而抑制了結(jié)晶，所以打印的組織可以直接冷凍保存而無需添加冷凍保護劑。

上海兒童醫(yī)學(xué)中心兒科轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究所PI、副研究員付煒表示，這種墨水未來可用于進行多種組織器官的體外生物打印。另外，由于該水凝膠系統(tǒng)兼具抗菌、形態(tài)維持及細胞保護功能，也可用于體內(nèi)細胞治療，幫助提高細胞駐存率，更好地發(fā)揮治療作用。據(jù)悉，付煒和王偉教授團隊長期致力于mRNA、生物材料與干細胞在心臟等各種組織修復(fù)再生方向的研究，近三年已在《Matter》等頂尖期刊發(fā)表一系列論文，并獲多個國家自然科學(xué)基金項目資助。