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  三維打印(3D Printing)技術(shù)的出現(xiàn)使得個(gè)性化組織工程支架成為可能。盡管三維打印支架已經(jīng)取得了很大的成果，在支架的大尺寸打印和功能化上仍然存在較大的挑戰(zhàn)，主要是缺乏合適功能化生物墨水。為了滿足個(gè)性化醫(yī)療的需求，開(kāi)發(fā)兼具可打印性、優(yōu)異成型性能和生物相容性以及易功能化的生物墨水具有很大的研究?jī)r(jià)值與意義。海藻酸鹽是線性聚陰離子型多糖，具有優(yōu)異的打印性能和與鈣離子快速交聯(lián)成型性能，同時(shí)較好的生物相容性有利于包載細(xì)胞，海藻酸鹽是三維打印領(lǐng)域構(gòu)建生物墨水最為常用的材料之一。與鈣離子快速結(jié)合是海藻酸鹽的優(yōu)點(diǎn)但其也存在不足，鈣離子在生理環(huán)境下容易與其他單價(jià)離子發(fā)生置換，從而破壞了支架的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，最終導(dǎo)致支架坍塌。海藻酸鹽雖然具有較好的生物相容性，但是海藻酸鹽的生物活性較低，限制了海藻酸鹽在三維打印中的應(yīng)用。

  中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院阮長(zhǎng)順副研究員團(tuán)隊(duì)、潘浩波研究員團(tuán)隊(duì)聯(lián)合北京積水潭醫(yī)院陳大福教授團(tuán)隊(duì)針對(duì)這一問(wèn)題，使用聚賴(lài)氨酸改善海藻酸鹽的缺點(diǎn)，制備了一系列海藻酸鹽/聚賴(lài)氨酸基聚電解質(zhì)生物墨水，實(shí)現(xiàn)了常態(tài)下大尺寸和功能化組織工程支架構(gòu)建。該工作以“3D Printing of Mechanically Stable Calcium Free Alginate based Scaffolds with Tunable Surface Charge to Enable Cell Adhesion and Facile Biofunctionalization”為題發(fā)表在材料領(lǐng)域優(yōu)秀期刊《Advanced Functional Materials》（IF=13.325）上。論文的第一作者為阮長(zhǎng)順課題組研究助理林子鋒，通訊作者為阮長(zhǎng)順副研究員，潘浩波研究員和陳大福教授。同時(shí)本研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)自然基金及廣東省特支計(jì)劃等基金資助。

  聚賴(lài)氨酸作為一種富含氨基的天然聚氨基酸，能夠與海藻酸鹽的羧基發(fā)生電荷相互作用，從而提高生物墨水的打印穩(wěn)定性并實(shí)現(xiàn)大尺寸支架打印（圖一）。聚電解質(zhì)生物墨水模擬了細(xì)胞外基質(zhì)的構(gòu)成，通過(guò)調(diào)控打印后支架的電荷能夠?qū)崿F(xiàn)促進(jìn)干細(xì)胞在支架表面黏附和負(fù)載及緩釋各種生物活性因子如硫酸軟骨素和血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子（VEGF）（圖二）。細(xì)胞實(shí)驗(yàn)證明了固定的硫酸軟骨素促進(jìn)了干細(xì)胞成軟骨基因的表達(dá)以及促進(jìn)了二型膠原的大量分泌。而血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子的緩慢釋放促進(jìn)了干細(xì)胞血管分化相關(guān)基因的表達(dá)。

圖一 A：海藻酸鹽/聚賴(lài)氨酸在水中的穩(wěn)定性表征；B：三維打印大尺寸自支撐結(jié)構(gòu)

圖二 A1, A2：不同濃度硫酸軟骨素的吸附量和釋放曲線；B1, B2：血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子的吸附量和釋放曲線

  阮長(zhǎng)順副研究員課題組致力于開(kāi)展生物打印與醫(yī)用材料相關(guān)研究，并取得一定研究進(jìn)展，包括實(shí)現(xiàn)骨誘導(dǎo)型功能生物墨水（Advanced Science，2018）、高強(qiáng)度水凝膠墨水構(gòu)建骨/軟骨一體化修復(fù)支架（Advanced Functional Materials，2018； ACS Biomaterials Science & Engineering，2017）等。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.201808439