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南工大顧忠偉/毛宏理團隊 Acta Biomater.:用于生物3D打印構(gòu)建異質(zhì)仿生體外模型的肽類樹狀分子增強生物墨水
2023-08-21  來源:高分子科技

  基于增材制造原理,生物3D打印可將由生物材料、細胞或生長因子等組成的生物墨水逐層堆積構(gòu)建出具有生物功能的復(fù)雜結(jié)構(gòu),正日益成為體外模型構(gòu)建的有力工具。而作為生物3D打印的關(guān)鍵要素,生物墨水既決定了打印技術(shù)的具體實施,也直接決定了細胞存在的三維環(huán)境。但現(xiàn)有生物墨水通常面臨可打印性和生物功能性間的權(quán)衡,造成了生物制造窗口(Biofabrication Window)狹窄,或體外模型結(jié)構(gòu)及功能單一。研究表明,生物墨水的力學(xué)性能與其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)密不可分,而基于天然材料構(gòu)建的生物墨水外力作用下大多會發(fā)生凝膠體系破壞而無法滿足應(yīng)用需求。近年來,通過構(gòu)建規(guī)整網(wǎng)絡(luò)引入能量耗散機制以增強生物墨水力學(xué)性能的研究引起了廣泛關(guān)注。其中,四臂聚乙二醇(4-Arm-PEG)因具有互補端基和相同結(jié)構(gòu)尺寸以及能夠在凝膠過程中產(chǎn)生具有相同長度的鏈段被認為是經(jīng)典的規(guī)整網(wǎng)絡(luò)。然而,4-Arm-PEG 有限的端基數(shù)量和官能團密度會導(dǎo)致其在被用作生物墨水時面臨著反應(yīng)效率低下、成膠時間過長以及缺乏功能性等局限。


  針對上述問題南京工業(yè)大學(xué)顧忠偉/毛宏理團隊及合作團隊從生物制造窗口出發(fā)提出了一種基于肽類樹狀分子增強生物墨水的構(gòu)建策略,開發(fā)出以賴氨酸樹狀大分子修飾4-Arm-PEG為主體的光點擊生物墨水,顯著縮短了生物墨水的成膠時間,提高了生物墨水的儲能模量以及壓縮強度,同時可實現(xiàn)體外復(fù)雜模型的高分辨打印。另外,基于該生物墨水,研究團隊通過生物3D打印構(gòu)建了含肝細胞(HepG2/C3A)、肝星狀細胞(LX-2)和內(nèi)皮細胞(EA.hy.926)的血管化肝模型,不僅從結(jié)構(gòu)上模擬了體內(nèi)肝臟的實質(zhì)層及非實質(zhì)層,同時在動態(tài)灌注條件下更大程度地仿生了體內(nèi)肝臟微環(huán)境,實現(xiàn)了肝模型的血管內(nèi)皮屏障、糖原儲存、白蛋白分泌和尿素生成等能力。相關(guān)研究成果發(fā)表在國際重要刊物《Acta Biomaterialia》上(Peptide-dendrimer-reinforced bioinks for 3D bioprinting of heterogeneous and biomimetic in vitro models. 2023, DOI: 10.1016/j.actbio.2023.08.008),文章第一作者為周可博士,通訊作者為顧忠偉/毛宏理教授。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、江蘇省重點研發(fā)計劃等基金的資助。 


Figure 1. 肽類樹狀分子增強生物墨水制備及其用于生物3D打印血管化肝模型示意圖


 Figure 2. 肽類樹狀分子增強生物墨水理化性能表征


 Figure 3. 肽類樹狀分子增強生物墨水可打印性評價


 Figure 4. 基于肽類樹狀分子增強生物墨水的打印結(jié)構(gòu)形狀保真度評價


 Figure 5. 肽類樹狀分子增強生物墨水用于生物3D打印血管化肝模型


 Figure 6. 基于肽類樹狀分子增強生物墨水構(gòu)建的血管化肝模型功能評價


  原文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.actbio.2023.08.008

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