新型快速降解水凝膠！支持微組織3D生物打印

來源： EFL生物3D打印與生物制造

近年來，使用細(xì)胞球體、微組織和類器官作為生物構(gòu)建模塊用于工程化功能組織和器官的研究逐漸增加。這些微組織通常通過細(xì)胞聚集體自組裝及隨后組織特異性細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）沉積形成。使用微組織的生物制造和3D生物打印策略需要開發(fā)支持性水凝膠和生物墨水，以在三維空間中對(duì)生物構(gòu)建模塊進(jìn)行空間定位，從而實(shí)現(xiàn)幾何定義的組織工程。

近日，來自愛爾蘭都柏林圣三一大學(xué)的Daniel J. Kelly教授團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了快速降解水凝膠支持軟骨微組織生物制造和3D生物打印的相關(guān)研究。成果以“Rapidly Degrading Hydrogels to Support Biofabrication and 3D Bioprinting Using Cartilage Microtissues”為題于09月06日發(fā)表在《ACS Biomaterials Science & Engineering》上。   

         

本文要點(diǎn)：

（1）本文之前研究證明通過使用3D打印聚合物支架（如聚己內(nèi)酯（PCL））來引導(dǎo)微組織融合以及后續(xù)細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）生產(chǎn)，可以工程化功能性軟骨。然而，該策略缺點(diǎn)是PCL在體內(nèi)降解緩慢，并且植入可能導(dǎo)致纖維化。氧化海藻酸鹽（OA）水凝膠作為快速降解水凝膠在體外會(huì)完全降解。并且可支持間充質(zhì)干細(xì)胞（MSC）軟骨生成，并且可以用作細(xì)胞懸液噴墨打印的臨時(shí)支持水凝膠。因此，本研究的目標(biāo)是通過將多個(gè)軟骨微組織結(jié)合在一種快速降解的氧化海藻酸鹽（OA）支持性水凝膠中，在動(dòng)態(tài)培養(yǎng)條件下維持構(gòu)建模塊，從而工程化擴(kuò)大幾何定義軟骨移植物的規(guī)模。

（2）本文將軟骨微組織分別獨(dú)立培養(yǎng)2天或4天，然后在有或沒有支持性O(shè)A水凝膠的情況下進(jìn)行結(jié)合。在靜態(tài)培養(yǎng)6周期間，獨(dú)立培養(yǎng)2天的微組織工程化構(gòu)建物產(chǎn)生的糖胺聚糖（GAGs）含量高于培養(yǎng)4天的構(gòu)建物。組織學(xué)分析顯示，使用支持性O(shè)A水凝膠生成的構(gòu)建物中GAGs表達(dá)高，鈣沉積染色陰性。在有支持性凝膠的情況下，物理收縮較少。然而，個(gè)別微組織殘留明顯，表明即使在快速降解的水凝膠存在下，也可能延遲微組織的融合和重塑。   

（3）本文評(píng)估了在OA基生物墨水中3D生物打印軟骨微組織的可行性。觀察到微組織在擠出式生物打印后仍然保持活性，并且在48小時(shí)后能夠融合，特別是在使用高密度微組織情況下，最終生成富含GAGs且鈣沉積陰性的軟骨組織。因此，本研究支持在使用微組織作為生物構(gòu)建模塊的多種生物制造和3D生物打印平臺(tái)中，使用OA作為支持性水凝膠/生物墨水的應(yīng)用。

文章來源：
https://doi.org/10.1021/acsbiomaterials.4c00819