基于擠出的生物打印是一種新興的3D打印技術，適合制造細胞裝載的特殊結構?！吧锬庇绊懼蛴】尚行浴⒔Y構穩定性，以及打印后細胞的活力。通常，水凝膠是細胞封裝和培養的理想材料，研究人員已經開發了多種通過擠出成形或光照形成水凝膠的生物墨水材料，例如膠原蛋白、海藻酸鹽、明膠甲基丙烯酰(GelMA)、聚(乙二醇)二丙烯酸酯(PEGDA)等。
其中，基于 GelMA 的生物打印材料在再生醫學領域表現得更良好，它具有易于處理、免疫原性低、成本低廉等優點。此外，作為一種基于明膠的水凝膠，GelMA包含肽可裂解的序列，例如精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸 (RGD) 和基質金屬肽酶 (MMP)基序，這對細胞粘附、遷移和生長來說至關重要。
然而，GelMA在交聯機制方面卻有著明顯的缺陷，因為它通過自由基介導的鏈增長聚合進行光交聯，容易受到氧抑制并導致活性氧(ROS)積累，這對裝載的細胞或蛋白來說是不利的，非常容易造成細胞的死亡或蛋白功能的喪失。相較于此，硫醇-烯化學的簡單高效、對環境氧氣不敏感，并且其逐步增長聚合的過程中會消耗ROS，從而保留了細胞和蛋白質的生物活性。
因此，本文作者以明膠-降冰片烯(GelNB)為生物墨水基質，以硫醇化肝素(HepSH)為交聯劑，擠出后在光照條件下(365 nm)通過快速的逐步聚合制備了適合細胞負載的GelNB/HepSH水凝膠(圖1)。
圖1. 分別利用
GelMA 和
GelNB/HepSH 生物墨水進行細胞負載生物打印的示意圖。
這種水凝膠的機械穩定性和模量很容易通過硫醇取代物的濃度或取代程度來控制。除此以外，作者對人臍靜脈內皮細胞
(HUVEC)進行封裝和細胞內
ROS水平評估，發現相較于
GelMA基材料，用
GelNB/HepSH封裝細胞后，胞內的
ROS含量明顯更低，且細胞存活率也更高
(圖
2)。
圖2.
GelNB基水凝膠中巰基對儲存模量的影響。
最后，在細胞負載生物打印實驗中可以看到，在培養的第一天，
GelNB/HepSH 構建體中
HUVEC的存活率略低于
GelMA 水凝膠，可能是由于交聯
GelNB/HepSH 水凝膠的模量較高。但是在第七天時，隨著細胞增殖，它們在
GelNB/HepSH 中的生存能力變得高于
GelMA(圖
3A&B)，在促進封裝后
HUVEC的生長和增殖方面也表現出比
GelMA 更好的性能。
圖3.
GelMA與
GelNB/HepSH基生物墨水用于細胞負載生物打印對比。
綜上所述，作者以明膠
-降冰片烯
(GelNB)為生物墨水基質，以硫醇化肝素
(HepSH)為交聯劑，通過擠出
-光照交聯制備了適合細胞負載的
GelNB/HepSH水凝膠。該方法為基于硫醇
-烯化學的生物打印的發展提供了多種可能性，有望進一步應用于再生醫學領域中特定組織或器官樣結構的打印。
該研究以
Thiol-Rich Multifunctional Macromolecular Crosslinker for Gelatin-Norbornene-Based Bioprinting
為題發表在Biomacromolecules上。本文的通訊作者是中山大學的白瑩教授。
原文鏈接:
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.biomac.1c00421
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