阮長順與潘浩波研究團隊通過 3D 打印力學(xué)穩(wěn)定的非鈣離子交聯(lián)海藻酸基支架

中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院人體組織與器官退行性研究中心阮長順與潘浩波研究團隊和北京積水潭醫(yī)院陳大福研究團隊在 3D 打印力學(xué)穩(wěn)定的非鈣離子交聯(lián)海藻酸基支架取得進展。相應(yīng)成果為“Lin ZF, Wu MM, He HM, et al. 3D printing of mechanically stable calcium-free alginate based scaffolds with tunable surface charge to enable cell adhesion and facile biofunctionalization [J]. Advanced Functional Materials, 2019, 29(9): 1808439(3D 打印力學(xué)穩(wěn)定的非鈣離子交聯(lián)海藻酸基支架可通過電荷調(diào)控促進細(xì)胞黏附和生物功能化)”。 為滿足器官重建臨床需求，開發(fā)兼具可打印性、優(yōu)異成型性能和生物相容性以及功能化的生物 3D 打印墨水具有較大的研究價值與意義。為克服傳統(tǒng)海藻酸鹽(Alg)基生物 3D 打印墨水僅通過陽離子相互作用的交聯(lián)，存在生物惰性性質(zhì)和機械穩(wěn)定性不足等缺陷，該研究提出基于海藻酸鹽/聚賴氨酸基新型聚電解質(zhì)生物墨水。其中，通過使用 ε-聚賴氨酸(ε-PL)改性的基于海藻酸鹽的生物墨水(Alg /ε-PL)，在富含氨基的聚賴氨酸與海藻酸鹽上的羧基電荷吸引作用下，實現(xiàn)常態(tài)下大尺寸自支撐結(jié)構(gòu)支架的 3D 打印。進一步地，通過對支架進行交聯(lián)實現(xiàn)支架表面電荷可調(diào)控性，避免了使用鈣離子作為交聯(lián)劑，提高了支架長期穩(wěn)定性。

研究結(jié)果顯示，由聚賴氨酸的引入而增加的靜電相互作用，能提高基于 Alg 的生物墨水的可印刷性，這對印刷支架的自支撐穩(wěn)定性具有增強作用?；诳烧{(diào)控的支架表面電荷，所構(gòu)建支架不僅促進了細(xì)胞的黏附，而且還實現(xiàn)了多種活性因子的吸附和緩釋。而體外細(xì)胞實驗表明，負(fù)載的細(xì)胞外基質(zhì)或生長因子能夠顯著提高海藻酸鹽的生物活性。

該研究提出的基于海藻酸鹽/聚賴氨酸基新型聚電解質(zhì)生物墨水，成功突破了傳統(tǒng)海藻酸鹽基-鈣離子打印墨水體系的應(yīng)用瓶頸，如穩(wěn)定性和生物活性差等。

海藻酸鹽/聚賴氨酸生物墨水生物打印示意圖：(a) 制備具有可調(diào)表面電荷的 Alg /ε-PL 生物墨水和 3D 支架；(b)Alg /ε-PL 生物油墨的穩(wěn)定性得到改善；(c)Alg /ε-PL 生物墨水的自支撐特性促進了復(fù)雜支架的制造