四川大学华西医院苟马玲研究员AFM：基于纳米明胶材料的3D打印软骨组织技术

生物3D打印技术为再生医学发展提供了新手段，具有重大临床需求。软骨缺损是临床上常见的疾病，3D打印软骨组织为软骨修复与重建提供了新方法，是当前国际上研究的热点。当前，3D打印活体组织通常先以细胞和水凝胶为生物墨汁打印出组织工程支架，再通过培养让种子细胞在支架中逐渐形成活体组织。然而，常用的3D打印水凝胶材料较难动态适应细胞的生长过程，容易限制3D打印的载细胞组织工程支架高效地转化为活体组织，亟需先进材料技术的支撑，研究具有细胞自适应特征的新型3D打印水凝胶材料对于3D打印软骨组织等技术的发展具有重要意义。

近日，四川大学华西医院苟马玲研究员团队报道了一种基于纳米明胶材料的3D打印软骨组织技术。他们开发了一种新型的细胞自适应水凝胶材料，通过“自组装-光交联”技术制备，由部分交联的纳米明胶颗粒串珠堆砌而成，具有较好的生物相容性，可作为生物墨汁材料与种子细胞复合后，经光固化3D打印技术快速定制载细胞组织工程支架等（图1）。相较目前的一些细胞自适应材料通过分子间可逆键断裂来适应细胞生长，该纳米明胶材料在受到细胞的挤动时，纳米颗粒串珠结构可快速产生局部物理形变，以动态地为细胞生长提供空间（图2）。同时，该材料的纳米结构还能够通过生物力学来调控细胞功能，可以促进种子细胞增殖与细胞外基质分泌等，从而加快形成活体组织（图3）。针对软骨再生修复的临床需求，研究者利用基于数字光处理的生物3D打印技术，快速定制了载软骨细胞的组织工程支架，用于关节软骨修复和耳廓软骨重建。结果表明，定制的3D打印软骨组织工程支架植入体内后能够有效地转化为软骨组织，在关节与外耳软骨的再生修复中展现了较好的疗效，为相关疾病治疗带来了新希望，具有潜在的临床转化应用价值（图4）。相关工作以“3D Printing of Maturable Tissue Constructs Using a Cell-Adaptable Nanocolloidal Hydrogel”为题发表在《Advanced Functional Materials》上。

图1 纳米明胶材料的示意图。

图2 纳米明胶材料通过微观结构发生局部形变以适应细胞行为的能力。

图3 纳米明胶材料中种子细胞分泌细胞外基质的能力。

图4 3D打印软骨组织工程支架植入体内后形成软骨组织，用于关节软骨修复（上）和外耳软骨重建（下）。

【总结】

研究者发展了一种基于独特纳米结构的光固化3D打印明胶材料，具有较好的细胞自适应能力，为3D打印活体组织研究提供了关键技术支撑；建立了一种光固化3D打印软骨组织技术，为关节与外耳软骨修复提供了新方法，具有潜在的临床转化应用价值。

来源：高分子科学前沿

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