3D生物打印多糖水凝膠的最新進展

多糖水凝膠可以模擬天然細胞外基質(zhì)并具有吸引人的物理化學(xué)和生物特性，已成為3D生物打印的重要生物墨水。多糖水凝膠能夠以類似于自然細胞環(huán)境的方式增強細胞粘附、增殖和分化，因此被廣泛應(yīng)用于組織工程和再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。

近期，貝爾法斯特女王大學(xué)Lalitkumar K. Vora/布魯塞爾自由大學(xué)Fouad Damiri團隊全面研究了多糖水凝膠驅(qū)動的3D生物打印的制造方法、特性和應(yīng)用，強調(diào)了其在組織工程、藥物遞送和再生醫(yī)學(xué)方面的潛力，為該領(lǐng)域的未來研究提供了相關(guān)知識。

相關(guān)研究成果以“Recent advances in 3D bioprinted polysaccharide hydrogels for biomedical applications: A comprehensive review”為題于2024年10月16日發(fā)表在《Carbohydrate Polymers》上。

首先，本文概述了用于3D生物打印的各種來源（海洋、植物/種子、細菌和動物/人類）的多糖水凝膠。其中，海洋來源的多糖包括殼聚糖（圖1）、海藻酸鹽、瓊脂糖（圖2）和角叉菜膠；植物/種子來源的多糖包括纖維素及其衍生物（圖3）、淀粉和果膠（圖4）；細菌來源的多糖包括黃原膠、葡聚糖（圖5）和普魯蘭多糖；動物/人來源的多糖包括透明質(zhì)酸（圖6）、硫酸軟骨素（圖7）和肝素。  

圖1各種基于殼聚糖的3D打印結(jié)構(gòu)   

圖2 各種基于瓊脂糖的3D打印結(jié)構(gòu)

圖3 各種基于纖維素的3D打印結(jié)構(gòu)   

圖4 各種基于果膠的3D打印結(jié)構(gòu)

圖5 基于葡聚糖的3D打印結(jié)構(gòu)

圖6 基于透明質(zhì)酸的3D打印結(jié)構(gòu)

圖7 基于硫酸軟骨素的3D打印結(jié)構(gòu)  

隨后，本文介紹了七種不同類型的生物打印機：噴墨、激光輔助、擠出、立體光固化、微閥、聲學(xué)和針陣列生物打印機（圖8）。此外，還提供了每個打印模塊的功能機制和顯著特征的簡要概述。選擇合適的生物打印機需要仔細考慮要打印的組織或器官的獨特結(jié)構(gòu)需求。

圖8 3D生物打印分類概述

為了強調(diào)全部或部分由多糖組成的3D打印水凝膠的潛在應(yīng)用，本文回顧了過去五年來這一令人興奮的研究領(lǐng)域取得的進展。鑒于這些材料的廣泛適用性，本文重點介紹四個主要領(lǐng)域：再生醫(yī)學(xué)和組織工程（表1）、細胞培養(yǎng)（表2）、藥物遞送（表3）和生物傳感。

表1 用于再生醫(yī)學(xué)和組織工程的3D打印多糖水凝膠（部分）   

表2 基于細胞培養(yǎng)應(yīng)用的多糖的3D打印水凝膠（部分）   

表3 基于多糖的3D打印水凝膠用于藥物輸送應(yīng)用   

盡管基于多糖水凝膠的3D生物打印材料在各種生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中具有巨大的前景，但需要解決一些挑戰(zhàn)才能充分發(fā)揮其潛力（圖9）。為了解決使用3D生物打印開發(fā)和制造水凝膠的復(fù)雜挑戰(zhàn)，研究人員可以利用新興技術(shù)，如混合構(gòu)建體、多功能平臺和原位給藥方法，開發(fā)創(chuàng)新解決方案，以滿足現(xiàn)有的臨床需求。

   

圖9 面臨的主要挑戰(zhàn)         

文章來源：https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2024.122845