物联网|3D 生物打印的“一体式”两性离子颗粒水凝胶生物墨水

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基于“自下而上”的策略，载有细胞的 3D 生物打印是制造复杂仿生结构的重要过程。干细胞球体具有更好的生物学特性，并作为印刷单元而先进。然而，细胞球体的高效和方便的制备、收集和打印仍然是一个挑战。该研究开发了一种复合颗粒水凝胶，作为“一体化”多功能生物墨水，实现脂肪干细胞 (ASC) 球体的生产和重组。基于聚（磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯）（PSBMA）的微球被制造并自组装成颗粒状水凝胶。然后， N-异丙基丙烯酰胺（NIPAM）和SBMA在组装的PSBMA微球内部原位共聚，进一步交联组装的微球，形成复合颗粒水凝胶，具有体积特征和剪切稀化、自修复特性。

图 1. 两性离子 P(SBMA-co-PEGDA) 微球的表征。
洞穴是通过将复合颗粒水凝胶压缩成糖颗粒而形成的，糖颗粒通过溶解在水中而去除。由于无污染特性和多孔结构，在多孔复合颗粒水凝胶内部自发形成了许多 ASC 球体，这些球体可以方便地转移到 3D 打印机上。负载球体的复合颗粒水凝胶表现出良好的可挤出性和保真度，实现了将产生的球体重组为稳定的 3D 结构，以便进一步体外培养。 3D 打印后颗粒状水凝胶中的 ASC 球体显示出高水平的活力和干性，以及有效的成软骨/成骨/成脂分化。因此，复合颗粒水凝胶显示出干细胞研究（如类器官构建）的潜力。体外药物毒性和体内软骨再生实验的结果表明，负载球体的颗粒水凝胶在药物筛选和组织再生方面很有前景。

图 2. 基于 PSBMA 的复合颗粒水凝胶的表征。

图 6 生物打印后细胞球体的特征和体外药物筛选模型的建立。
聚焦
? 基于组装微球的全合成生物墨水用于生物打印。
? 散装颗粒状水凝胶墨水可立即在液体和固体之间切换。
? 粒状水凝胶墨水解决了可挤出性和保真度之间的矛盾。
? 生物墨水可以产生大量细胞球体并通过生物打印重组它们。

相关论文以题为“All-in-one” Zwitterionic Granular Hydrogel Bioink for Stem Cell Spheroids Production and 3D Bioprinting发表在《Chemical Engineering Journal》上。通讯作者是上海大学张坤玺副教授/尹静波教授、以及中国人民解放军海军医科大学符培亮副主任医师。
参考文献：
【物联网|3D 生物打印的“一体式”两性离子颗粒水凝胶生物墨水】doi.org/10.1016/j.cej.2021.132713