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  基于脫細胞基質（dECM）的水凝膠廣泛應用于增材生物制造技術。 dECM 的細胞外基質成分和生長因子在細胞粘附、生長和分化中發揮著至關重要的作用。然而，較差的機械性能和打印性仍然是dECM 材料的主要限制。為發揮dECM材料的優勢，哈佛醫學院Y. Shrike Zhang教授團隊將其與體積增材制造（Volumetric Additive Manufacturing，VAM）緊密結合起來，開發了基于未修飾的天然的豬心dECM (h-dECM) 和豬半月板dECM (Ms-dECM) 的生物墨水體系。通過VAM旋轉投影動態變化的光圖案實現的三維物體的快速光聚合，從而將對生物打印水凝膠結構的機械強度要求與打印性分開，允許使用低濃度的 dECM 生物墨水實現復雜形狀結構的快速打印。作為示例應用，使用裝載大鼠心肌細胞 （rCMs） 的h-dECM體積打印心臟組織，顯示出較好的細胞增殖、展開和擴散, 并進一步使用裝載人誘導多能干細胞衍生的心肌細胞 （hiPSC-CMs） 的h-dECM生物墨水，展示了肌節結構的生成和同步收縮。同時使用裝載人間充質干細胞 （hMSCs） 的 Ms-dECM生物墨水進行體積打印的半月板結構呈現出較好的軟骨分化結果。這項研究為VAM進一步擴展了生物墨水庫，并擴大了dECM在組織工程和再生醫學中的應用。

圖1. h-dECM 和Ms-dECM 生物墨水材料的制備和打印機理

  總結：研究人員成功開發了基于VAM的天然的未經修飾的 dECM（生物）墨水，并證明了通過 VAM快速制造基于水凝膠的組織結構的潛力。通過優化配方，實現了低濃度h-dECM 和 Ms-dECM 復雜結構的打印， 并維持較好的打印保真度。更進一步地，基于 h-dECM 和 Ms-dECM 良好的細胞相容性，對體積生物打印的心臟和半月板結構進行了功能化實驗，展示了混合在 h-dECM 打印結構中或在其表面上 rCM 和 hiPSC-CM 的擴散和收縮行為，以及嵌入在 Ms-dECM 半月板結構中的hMSC 的軟骨分化。這項工作進一步擴展了VAM的生物墨水庫，同時拓寬了基于 dECM 的生物材料在生物醫學中的應用。

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202304846

作者簡介

  謝茂彬 教授簡介：謝茂彬，博士，博士生導師，廣州醫科大學生物醫學工程學院教授，廣東省“珠江人才計劃”青年拔尖人才，廣東省杰青。2016年博士畢業于香港理工大學，2019-2021年美國哈佛大學醫學院博士后。長期從事3D生物打印和生物材料領域研究。發表學術論文33篇，其中以第一/通訊作者身份在Sci. Transl. Med.、Nat. Commun.、STAR Protoc.、Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater、Biomaterials等期刊發表學術論文30余篇。申請發明專利15件，其中PCT專利2件，已授權6件。目前是中國生物醫學工程學會會員、廣東省生物醫學工程學會生物醫用材料與臨床應用分會委員。同時擔任Adv. Sci、ACS Nano、Small、Appl. Mater. Today、Nanoscale等國際著名學術期刊審稿人。

  羅澤宇 副研究員簡介： 羅澤宇，四川大學華西臨床醫學院&哈佛大學聯合培養博士，分別師從周宗科教授和Y. Shrike Zhang教授。研究內容主要涉及3D生物打印、微流控技術、骨與軟組織工程等研究領域。截止目前，在Adv. Mater.、PNAS、Nat. Commun.、Matter、Adv. Function. Mater.、Small、Adv. Health. Mater.等國際權威期刊上發表三大檢索收錄論文40余篇。論文被引用超過1000余次。2篇文章入選全球Top 1% ESI高被引論文。主持國家自然科學基金、博新計劃等高水平基金項目。