納米多孔PEGDA 墨水，用于3D打印器官芯片

來源： EFL生物3D打印與生物制造

器官芯片 (OoC) 系統(tǒng)已成為藥物研發(fā)、生理監(jiān)測和個性化醫(yī)療等各個領(lǐng)域的一種有前途的體外實驗替代工具。聚二甲基硅氧烷 (PDMS) 常用于器官芯片 (OoC) 系統(tǒng)，但在復(fù)制復(fù)雜幾何形狀方面存在局限性，阻礙了其在創(chuàng)建3D OoC模型方面的有效性。此外，吸收疏小水分子等其他局限性也可能導(dǎo)致對藥物毒性和療效的評估不準(zhǔn)確。

近日，加拿大麥吉爾大學(xué) David Juncker等報道了一種易于3D 打印的新型生物相容性多孔PEGDA (P-PEGDA) 墨水，并對四種不同細胞系進行了符合 ISO標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)性細胞毒性研究，細胞存活率超過80%，凸顯了P-PEGDA 在未來體外研究中的潛力。相關(guān)工作以題為“Nanoporous, Gas Permeable PEGDA Ink for 3D Printing Organ-on-a-Chip Devices”發(fā)表于《Advanced Functional Materials》上。

圖1 3D 打印工藝和墨水成分示意圖

適用于OoC 應(yīng)用的墨水配方必須滿足以下標(biāo)準(zhǔn)：a) 可高分辨率3D 打印，b) 具有高透明度以用于高分辨率熒光顯微鏡，c) 透氣以用于封閉通道設(shè)備，d) 生物相容性且適合長期細胞培養(yǎng)，以及 (e) 具有足夠的細胞附著力。基于這些標(biāo)準(zhǔn)，研究人員以PEGDA-250作為親水單體，PEG-200作為致孔劑（因為它能夠溶解在親水單體中，并從固化結(jié)構(gòu)中擴散出來，留下孔隙，它還無毒，已獲得FDA批準(zhǔn)，并廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)），創(chuàng)建了可以進行氧氣交換，并有助于去除3D打印結(jié)構(gòu)中的有毒和未反應(yīng)成分的納米多孔油墨配方。在此基礎(chǔ)上，研究人員測量了不同致孔劑濃度和不同曝光時間下光的穿透深度，以優(yōu)化打印參數(shù)以實現(xiàn)Z方向的高精度。

圖2 P-PEGDA 墨水的 3D 打印性

為了使3D打印物體中形成的孔隙可視化，研究人員將打印樣品浸入水中以濾出致孔劑并在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生空隙，并使用圖像分析對孔徑分布進行了定量分析，以評估3D打印部件中孔徑與致孔劑濃度的依賴關(guān)系，與0% PEG樣品相比，當(dāng)致孔劑濃度為10-30%時，平均孔徑從5nm增加到30nm。

圖3 不同濃度 PEG 致孔劑對 P-PEGDA 墨水的表征

為了進一步證明P-PEGDA墨水的優(yōu)勢，該研究還根據(jù)兩項ISO標(biāo)準(zhǔn)評估了其細胞毒性，即涉及培養(yǎng)基轉(zhuǎn)移的ISO 10993-12:2009和涉及細胞共培養(yǎng)的 ISO 10993-5:2009。ISO 10993-12:2009為確定醫(yī)療器械引起皮膚刺激的可能性提供了指導(dǎo)，而 ISO 10993-5:2009為確定植入物等醫(yī)療器械引起細胞毒性的可能性提供了指導(dǎo)�；�于這些原則，研究人員們使用3D打印圓盤測量了四種細胞系的細胞活力，證實了該墨水適用于OoC應(yīng)用。   

圖4 P-PEGDA 的細胞毒性和細胞附著

含有 10% 致孔劑的P-PEGDA可在保持透明度的同時促進更好的細胞粘附，研究人員在此基礎(chǔ)上開發(fā)了一種新穎的OoC系統(tǒng)，該模型包括一個螺旋支架，支架中央開口處填充有癌癥球體。經(jīng)過14 天的共培養(yǎng)后，該裝置顯示出球體內(nèi)顯著的內(nèi)皮細胞發(fā)芽和整合。

圖5 OoC 裝置中的細胞共培養(yǎng)

本文來源：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202315035