【专题集锦】同轴生物3D打印（20210427更新）

1. AFM:类血管结构高强度水凝胶微管同轴打印

简介：中国科学院深圳先进技术研究院医药所阮长顺研究员团队、潘浩波研究员团队与天津大学材料学院刘文广教授团队合作，基于纳米粘土（Nanoclay）/ N-丙烯酰甘氨酸酰胺（NAGA）/明胶甲基丙烯酰（GelMA）成功制备了一种氢键增强的高强度纳米复合医用水凝胶墨水（简称CNG打印墨水），结合3D同轴打印技术成功构建具有高韧性、超拉伸性、抗压性、快速自恢复性能的小口径微管，该微管具有规模化生产潜能。此外，该微管还展示出良好的生物学特性，可促进内皮细胞的粘附、铺展和内皮化，为3D打印小口径微管支架应用于组织再生奠定基础。相关研究成果以“Coaxial Scale-up Printing of Diameter-tunable Biohybrid Hydrogel Microtubes with High Strength, Perfusability and Endothelialization”为题发表在权威刊物Advanced Functional Materials。

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2. 大尺寸血管化组织的同轴生物3D打印方法

简介：EFL团队通过耦合牺牲打印和同轴打印工艺，提出组织/血管同轴3D打印思路，以实现血管+结构同步制造（图2）。通过设计核/壳型的GelMA/明胶墨水，利用同轴喷头将载组织细胞墨水(外喷头)和载内皮细胞牺牲墨水(内喷头)同时挤出，打印时牺牲墨水支撑流道，培养时牺牲墨水融化形成通畅的流道网络，同时内皮细胞从牺牲墨水中释放，粘附于流道内壁进行血管化，实现从流道网络到血管化网络的转变。基于此方法，实现了血管化大块组织结构（≥1cm）的打印及体外长时间培养（≥20days），并成功将其应用于血管化的肿瘤模型和骨组织的制造。相关论文“Directly Coaxial 3D Bioprinting of Large-scale Vascularized Tissue Constructs”刊登在Biofabrication杂志上。

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3. 基于GelMA混合生物墨水构造同轴管状组织结构

简介：华侨大学博士生王颖在导师陈爱政教授和哈佛医学院Y.Shrike Zhang教授的指导下，使用同轴打印技术在体外构建聚甲基丙烯酰化明胶（GelMA，由EFL团队提供）中空纤维用于组织工程血管化的研究方面取得新进展。相关成果以“Co-axial Extrusion of Tubular Tissue Constructs using a Gelatin-Based Blend Bioink”为题近期在线发表于ACS Biomaterials Science & Engineering并被选为封面论文。

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4. 程序性药物控释用于预防乳腺癌术后复发及转移

简介：西南交通大学材料科学与工程学院周绍兵教授团队利用同轴静电纺丝技术研究并制备了可植入纤维装置，所开发的可植入的分层结构超细纤维装置与传统的植入式装置不同，这种装置可以通过时间编程的双重药物释放显著提高手术干预的有效性，降低原发性肿瘤切除术后癌症复发和转移的风险。相关文章“A Hierarchical Structured Ultrafine Fiber Device for Preventing Postoperative Recurrence and Metastasis of Breast Cancer”发表在Advanced Functional Materials杂志上。

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5. 高度血管化结构内多尺度肝小叶的生物3D打印

简介：韩国理工大学的SongwanJin团队利用同轴挤出生物打印技术创建了肝小叶阵列，该技术可以同时创建异质的、多细胞和多材料的结构。制造的肝小叶包括肝细胞、内皮细胞和管腔。内皮细胞包围肝细胞、小叶外部、管腔，最后相互连接。该研究可以保持打印结构的完整性和细胞功能，从而将复杂的不均匀的肝小叶结构打印成一系列的肝小叶结构阵列，从而实现从微观到宏观组织的生物打印。相关论文“Bioprinting of Multiscaled Hepatic Lobules within a Highly Vascularized Construct”发表在Small杂志上上。

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6. 生物3D打印新玩法：打印结构泡泡就变小了

简介：哈佛医学院Yu Shrike Zhang教授团队提出了收缩打印新策略，通过打印结构的后处理（络合诱导）来提高分辨率，不需要改变任何打印机硬件或墨水成份。具体地，将基于亲水性多离子生物墨水（GelMA、HAMA、海藻酸酸钠等）打印的水凝胶结构浸泡在电荷相反的聚阳离子壳聚糖溶液中，电荷络合作用导致水从凝胶中排出，导致水凝胶结构迅速收缩。并利用了同轴3D打印技术进行了收缩打印策略的有效验证研究。采用这些技术打印的水凝胶结构都观察到了成功的收缩，证明了收缩打印方法的广泛适用性。相关论文“Complexation-inducedresolution enhancement of 3D-printed hydrogel constructs”已发表在Nature Communications杂志上。

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7. 生物3D打印带纤维微球：三维共培养新思路

简介：EFL团队通过同轴生物3D打印结合电流体喷墨实现了三维共培养凝胶微球结构的形态及尺寸控制。GelMA生物水凝胶以其优异的特性被选作为共培养系统的基本材料。纯GelMA从外喷头流出，形成球状结构。GelMA与海藻酸钠混合（用于增加粘度）从内喷头流出，在球体内形成纤维结构。该研究将同轴生物打印和电喷墨技术进行结合，并利用多组分流体流动时的“悬绳效应”实现了带复杂纤维结构的微球制造，并将其应用于三维共培养。相关论文“3D Biofabrication of Microfiber-Laden Minispheroids: A Facile 3D Cell Co-Culturing System”在Biomaterials Science 上在线发表。

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8. 载细胞生物3D打印，离临床产品还有多远？

简介：EFL团队选用高生物活性的GelMA水凝胶作为细胞包裹材料，在纤维上成功实现了血管类器官、毛细管新生（血管出芽）、血管化肿瘤等结构的构造，证明了GelMA载细胞结构可以高效的实现细胞的功能化；开发了同轴打印工艺，可稳定、大批量地制造GelMA纤维，实现载细胞纤维的量化生产；制备的载细胞纤维还可通过冻存长期稳定的保存，取出后又可快速恢复功能，从而实现载细胞微纤维的随取随用。相关论文“Bioprinting of cell-laden microfiber, can it become a standard product?”发表在Advanced Healthcare Materials杂志上。

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9. TOC-BBL：一种包含生物打印血管和淋巴管的肿瘤芯片

简介：哈佛大学团队设计构建出一种同时拥有血管和淋巴管的肿瘤芯片平台，嵌入在一个由微流动系统控制的微流控生物反应器内，并实现了GelMA水凝胶基质内MCF-7乳腺癌细胞3D培养的动态微环境。为了匹配体内对应特性，其中的中空血管和淋巴管通过利用两种不同组分的生物墨水进行同轴打印所得到的，可以通过生物墨水组分的优化来单独调控包埋在水凝胶肿瘤基质中的血管和淋巴管的渗透性能。不同的血管/淋巴管组合以及癌细胞的分布对生物分子和抗癌药物展现出完全不同扩散曲线。这一体外模型将用于研究在抗肿瘤药物筛选的过程中，肿瘤微环境内血管和淋巴管的动力学和相互作用。相关论文“A Tumor-on-a-Chip System with Bioprinted Blood and Lymphatic Vessel Pair”刊登在Advanced Functional Materials杂志上。

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10. 纤维状迷你组织从制造到功能，实现“形似”到“神似”的打印

简介：EFL团队基于流体卷绳效应，使用同轴喷头流体控制系统进行了连续的微纤维制备，这种微纤维以海藻酸盐水凝胶为壳，以GelMA为核。制备过程中，核心GelMA率先进行光交联成GelMA纤维，当外壳海藻酸盐进入氯化钙水浴时迅速反应凝胶化而形成外壳层。通过利用流体控制技术和精确操作，实现了GelMA微纤维尺寸和形态的调节，通过该方法制备的GelMA微纤维具有长、薄、柔性等特点，可应用于生物医学领域。相关论文“Fiber-based Mini Tissue with Morphology-Controllable GelMA Microfibers”近日刊登在SMALL杂志上。

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11. 能够直接打印内部血管网络的新型细胞打印工艺

简介：EFL团队提出了一种全新的基于中空凝胶纤维融合工艺的细胞打印方法，实现了支架结构和流道网络的同时成形。该方法利用同轴喷头制造出中空凝胶纤维，通过三维打印平台控制中空凝胶纤维的沉积位置以及控制凝胶反应的交联时序，使中空凝胶纤维融合一起形成具有内置流道的三维结构。团队通过大量的工艺实验，系统解决了凝胶融合工艺；证实了融合后的凝胶结构强度适合于器官打印要求；并通过后续的细胞培养验证了营养通道的有效性。相关论文“Coaxial nozzle-assisted 3D bioprinting with built-in microchannels for nutrients delivery”发表在Biomaterials杂志上。

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