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  3D生物打印技術(shù)采用細(xì)胞和生物相容性材料作為“生物墨水”，可制造復(fù)雜仿生異質(zhì)性結(jié)構(gòu)，已廣泛應(yīng)用于組織工程和再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。水凝膠因高含水量、良好的生物相容性和優(yōu)異的粘彈性而被廣泛用作墨水材料。然而，傳統(tǒng)水凝膠墨水難以同時(shí)滿(mǎn)足良好的可打印性、高保真度和高細(xì)胞活性的要求。高保真度打印要求水凝膠墨水具有較高的粘度，但過(guò)高的粘度會(huì)影響可打印性，且由此產(chǎn)生的高剪切應(yīng)力會(huì)損害細(xì)胞的活性。因此，如何構(gòu)建新型生物墨水同時(shí)實(shí)現(xiàn)良好的可打印性、高保真度和高細(xì)胞活性，已成為推動(dòng)水凝膠墨水和生物3D打印的關(guān)鍵。

圖1 DC-MA生物墨水示意圖

  近期，華南理工大學(xué)國(guó)家人體組織功能重建工程技術(shù)研究中心董華教授和曹曉東教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種新型動(dòng)態(tài)交聯(lián)微凝膠組裝體（dynamic-crosslinked microgel assembly，DC-MA）生物墨水（圖1）。與傳統(tǒng)通過(guò)增強(qiáng)微凝膠自身力學(xué)強(qiáng)度來(lái)改善微凝膠墨水粘度的方式不同，DC-MA生物墨水在保持微凝膠力學(xué)強(qiáng)度相對(duì)較低的前提下，以動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵增強(qiáng)微凝膠間的相互作用從而提高微凝膠生物墨水的粘度。在確保高形狀保真度的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)良好的可打印性和高細(xì)胞活性的目標(biāo)（圖2）。除了優(yōu)異的3D打印性能，DC-MA還具有的良好的微孔性、組織粘附性和自愈合性，使其更適用于組織再生修復(fù)（圖3和圖4）。通過(guò)動(dòng)態(tài)交聯(lián)反應(yīng)構(gòu)建微凝膠生物墨水的策略，為制備高質(zhì)量微凝膠生物墨水提供了新途徑。該工作以“Assembling Microgels via Dynamic Crosslinking Reaction Improves Printability, Microporosity, Tissue-Adhesion and Self-Healing of Microgel Bioink for Extrusion Bioprinting”為題發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces（DOI: 10.1021/acsami.2c01295）上，華南理工大學(xué)博士后馮琦和碩士研究生李定果為文章共同第一作者。

圖2 DC-MA的可打印性、形狀保真度以及打印后高細(xì)胞活性

圖3 DC-MA微孔性、組織粘附性和自愈合性

圖4 DA-MA促進(jìn)皮膚再生修復(fù)

  該工作是團(tuán)隊(duì)近期關(guān)于微凝膠組裝體的功能化設(shè)計(jì)及應(yīng)用研究的最新進(jìn)展之一。在此之前，團(tuán)隊(duì)對(duì)微凝膠組裝體及其在組織工程和再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用做了系統(tǒng)綜述，對(duì)微凝膠組裝體的制備策略、特性以及在細(xì)胞培養(yǎng)、組織再生和生物制造領(lǐng)域的應(yīng)用做了詳細(xì)介紹（Bioact. Mater. 2022, 9, 105）。同時(shí)，團(tuán)隊(duì)立足于組織再生修復(fù)，開(kāi)發(fā)了一系列微凝膠組裝體，例如基于細(xì)胞間相互作用形成的微凝膠自組裝體（Adv. Funct. Mater. 2019, 29, 1906690）和基于動(dòng)態(tài)苯硼酸酯反應(yīng)形成的動(dòng)態(tài)納米復(fù)合微凝膠組裝體（Adv. Healthc. Mater. 2021, 2102395），并深入研究了微凝膠的理化性能對(duì)干細(xì)胞增殖、空間分布和分化等行為的影響機(jī)制（Acta Biomater. 2020, 113, 393）。

  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c01295