水凝膠器官模型
關注創建者：匿名 創建時間：2021-12-15
水凝膠器官模型的實例教程
水凝膠器官模型的制備
對于熱場輔助3D打印水凝膠而言，設計具有合適“打印窗口”的水凝膠墨水是關鍵問題。從分子間作用力的角度設計水凝膠墨水，將兩種天然大分子進行復配，利用兩種分子官能團之間的靜電相互作用、氫鍵相互作用以及物理纏結，制備出具有合適加工窗口（40-45 ℃）的熱可逆水凝膠墨水，適宜用熱場輔助墨水直書寫技術制備3D復雜結構的熱可逆水凝膠模板。引入經典的海藻酸鈉/Ca2+ 利用超分子組裝構筑物理交聯水凝層。通過表面吸附的方式將金屬配位離子（Ca2+）負載于3D打印的水凝膠模板表面，然后浸沒于一定濃度的海藻酸鈉溶液中，利用快速界面誘導擴散凝膠化機制在水凝膠模板的表面組裝一層海藻酸鈉/Ca2+水凝膠。最后通過進一步離子配位強化和加熱去除熱可逆的水凝膠模板，得到具有完整結構的中空水凝膠結構。
圖1. 仿真濕滑水凝膠組織器官模型的制備過程
該方案提供了一個綠色、高效、易于執行的中空水凝膠結構制備方法。作者制備了具有任意復雜的3D組織器官模型，包括肺、血管網絡、肝、手、膀胱、胃部、腸等生物器官結構。特別地，基于水凝膠可調控的力學性能，考慮到不同組織器官的模量差異以及梯度結構，作者通過超分子層層組裝構筑了具有梯度結構的水凝膠組織器官模型。這些生物組織結構模型在生物醫學的不同研究和應用領域具有重要的意義。
圖2. 仿真濕滑水凝膠組織器官模型
水凝膠器官模型的體外模擬測試
作者首先制備了水凝膠血管用于模擬導絲介入過程。
展開 近年來，水凝膠材料與生物組織的強韌粘接技術受到廣泛關注。然而，對于新開發的水凝膠粘接劑和粘接技術，能否用于實際臨床手術環境非常關鍵。如何將水凝膠應用于外科手術，進而研究水凝膠在生物體內的反應，改進水凝膠的材料設計，成為當下研究的熱點。
近日，西安交通大學第一附屬醫院呂毅教授、航天航空學院唐敬達副教授以及哈佛大學鎖志剛教授等人，提出磁輔助-水凝膠粘接方法，成功應用于大動物的肝移植手術中, 術后動物恢復良好，血管完全愈合。研究成果以Adhesive anastomosis for organ transplantation為題發表在生物醫學領域頂級期刊《Bioactive Materials》（影響因子14.593）。
血管縫合法與“磁輔助-水凝膠粘接”血管吻合法
血管吻合技術從Alexis Carrel發明“三點式”血管縫合法后（1912年諾貝爾生理學或醫學獎），至今已超過100年的歷史。血管縫合法具有許多優勢，但是操作復雜、縫合時間長。肝移植過程中，需要吻合三根大血管，吻合過程中下肢血液無法經肝臟回流到心臟，稱為“無肝期”，無肝期越長，患者愈后越差。對于“爭分奪秒”的肝臟移植手術來講，傳統“一針一線”式的手工縫合法顯然無法滿足醫生和患者的需求，亟需一種新型的血管吻合技術。
本工作使用強韌可降解水凝膠粘接技術，用于器官移植過程中的血管吻合。血管外翻后，該粘接技術作用于血管內皮以保證血管重建。初始階段借助于兩端血管磁環相互作用，使血流在短時間恢復流動；水凝膠粘接逐漸與血管內皮形成強共價鍵。撤去磁環后，水凝膠粘接維持正常血壓。
展開 照片顯示了凝膠在室溫 (RT) 下的適印性和自支撐性質。
【總結】
團隊報告了對基于帶有雙鏈接頭的
starPEG-DNA 構建塊的準理想模型網絡水凝膠的表征的首次詳細研究。
材料設計建立在
團隊
最近開發的 OP-LPOS 合成策略的基礎上，該策略為大規模聚合物/DNA 混合材料開辟了道路。可以通過改變接頭長度和改變鹽度和構建塊的濃度來訪問廣泛的屬性空間。凝膠 G' 值可在 20 Pa 至 3.1 kPa 范圍內調節，因此在細胞機械感應發生的范圍內。(60-62) 松弛時間尺度也特別可通過鹽度調節。在二價陽離子 (Mg
2+
) 存在下組裝的所有水凝膠在 10 °C 的測量頻率范圍 (f = 0.001–100 Hz) 中沒有顯示弛豫時間，但在其他條件下沿寬譜發生相應變化。水凝膠的形成是堅固的，這種 starPEG-DNA 水凝膠的機械性能可以承受反復的加熱和冷卻循環，并且在水凝膠組裝幾個月后，諸如 Tco 和 τ 等性能仍能保持。
水凝膠組裝所需的構建塊、通過
OP-LPOS 的 starPEG-T20 和通過自動固相合成的 DNA 接頭的合成的簡便性和可擴展性，應該促進這種水凝膠作為生物材料在各種應用中的應用。因此，
該
工作奠定了基礎，但包括使用適體、酶促反應片段或靶向（例如，使用更復雜的 DNA 接頭的應變硬化水凝膠）的更高水平反應的充分可能性似乎是可行的。
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水凝膠器官模型的最新內容
3D打印水凝膠組織器官模型
近年來，水凝膠材料與生物組織的強韌粘接技術受到廣泛關注。然而，對于新開發的水凝膠粘接劑和粘接技術，能否用于實際臨床手術環境非常關鍵。如何將水凝膠應用于外科手術，進而研究水凝膠在生物體內的反應，改進水凝膠的材料設計，成為當下研究的熱點。
近日，西安交通大學第一附屬醫院呂毅教授、航天航空學院唐敬達副教授以及哈佛大學鎖志剛教授等人
【摘要】
在合成聚合物水凝膠中使用
DNA 作為構建塊保證了在溶膠/凝膠溫度、可調鍵壽命、生物相容性以及與生物成分（例如酶、細胞和生長因子）的相互作用方面的高度可編程性。然而，大規模材料的可擴展性和定量結構-性能關系仍然難以實現。
基于
美因茨大學
Andreas Walther
