生物打印墨水及组织修复功能支架构建研究获进展

近日，中国科学院深圳先进技术研究院医药所人体组织与器官退行性研究中心副研究员阮长顺课题组、研究员潘浩波课题组与北京积水潭医院教授陈大福合作在生物打印墨水及组织修复功能支架构建领域获得新进展。该研究基于海藻酸盐/聚赖氨酸基新型聚电解质生物墨水开展，成功突破了传统海藻酸盐基-钙离子打印墨水体系的不稳定且生物活性差等应用瓶颈。相关研究成果以3D Printing of Mechanically Stable Calcium Free Alginate based Scaffolds with Tunable Surface Charge to Enable Cell Adhesion and Facile Biofunctionalization（《3D打印电荷可调控且力学性能稳定的非钙离子交联海藻酸基支架用于促进细胞黏附和支架功能化》）为题发表在Advanced Functional Materials（《先进功能材料》，2019， DOI：10.1002/adfm.201808439）上。退行性中心研究助理林子锋为论文第一作者。

生物打印(3D Bioprinting)技术的快速发展使得体外器官重建成为可能。打印材料（通常称为打印墨水）在生物打印过程扮演着重要作用，决定了生物打印工艺及打印后产品性能与应用潜力。为了满足器官重建临床需求，开发兼具可打印性、优异成型性能和生物相容性以及功能化的生物墨水具有很大的研究价值与意义。阮长顺课题组在打印墨水前期研究中，实现骨诱导型功能生物墨水（Advanced Science，2018）、高强度水凝胶墨水构建骨/软骨一体化修复支架（Advanced Functional Materials，2018；ACS Biomaterials Science & Engineering，2017）等。

海藻酸盐是聚阴离子型多糖，能与钙离子等阳离子快速交联成型，具有优异的打印性能，因此是目前生物打印最常用的生物墨水之一。但该传统体系所构建支架力学稳定性差和生物活性弱，严重限制了其临床应用。针对此问题，团队首次提出基于海藻酸盐/聚赖氨酸基新型聚电解质生物墨水，在富含氨基的聚赖氨酸与海藻酸盐上的羧基电荷吸引作用下，可在常态中实现大尺寸自支撑结构支架的打印。通过进一步对支架进行交联，实现支架表面电荷可调控性，避免使用钙离子作为交联剂，并且提高了支架长期的稳定性。基于可调控的支架表面电荷，海藻酸盐/聚赖氨酸支架不仅促进了细胞的黏附，而且实现了多种活性因子的吸附和缓释，体外细胞实验证实了负载的细胞外基质或生长因子能够显著提高海藻酸盐的生物活性。

该项目获得国家重点研发计划、国家自然基金及广东省特支计划等的资助。

 

海藻酸盐/聚赖氨酸生物墨水生物打印示意图

来源：中国科学院深圳先进技术研究院

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