3D打印明膠氧化石墨烯墨水實現(xiàn)自發(fā)成肌分化

來源：水凝膠

3D生物打印已經吸引了相當多的關注，以生產3D工程細胞微環(huán)境，該環(huán)境復制復雜且復雜的本機細胞外基質（ECM）以及許多理化和生物學線索的時空梯度。盡管已經報道了各種基于水凝膠的生物墨水，但是能夠精確再現(xiàn)ECM的復雜性并模擬滿載細胞的固有特性的先進生物墨水材料的開發(fā)仍然是一個挑戰(zhàn)。最近，釜山國立大學Dong-Wook Han/韓國亞洲大學Ki Dong Park教授團隊報道了由富含酚的明膠（GHPA）和氧化石墨烯（GO）組成的3D可打印生物墨水，該物質是誘導肌發(fā)生的材料的組成部分，可通過雙重酶介導的交聯(lián)反應原位形成水凝膠網絡。原位可固化的GO/GHPA水凝膠可以成功地用作3D可打印的生物墨水，以提供合適的細胞微環(huán)境，并促進C2C12骨骼肌成肌細胞的成肌分化�？傮w而言，研究團隊建議功能性生物墨水可能在肌肉組織工程和再生醫(yī)學中有用。相關論文以題為Three-Dimensional Printable Gelatin Hydrogels Incorporating Graphene Oxide to Enable Spontaneous Myogenic Differentiation發(fā)表在高分子領域頂刊《ACS Macro Letters》上。

圖1. GO/GHPA水凝膠基質的3D生物打印和理化特性。（A）原位可交聯(lián)GO/GHPA水凝膠的3D打印程序的示意圖。（B）溶膠-凝膠相變和GO/GHPA矩陣的3D打印構造的數(shù)字圖像。

圖2. GO/GHPA生物墨水的細胞相容性。（A）在3D打印后立即顯示充滿細胞的3D打印構造物的數(shù)字熒光顯微圖像。（B）封裝在GO/GHPA基質中7天的C2C12細胞的細胞形態(tài)和活力。（C，D）細胞活力的定量。（C）綠色和紅色熒光的熒光強度。（D）在每個時間點的綠色和紅色熒光的信號百分比。

圖3.載有C2C12細胞的水凝膠的成肌分化。（A）在GM（GHPA @ GM）中培養(yǎng)的載有細胞的GHPA，在DM（GHPA @ DM）中培養(yǎng)的GHPA和在GM（GO/GHPA @ GM）中培養(yǎng)的GO/GHPA的共聚焦顯微鏡。B）通過共聚焦顯微鏡的z-stack成像獲得GO/GHPA @ GM的3D圖像。（C）每細胞面積的MHC陽性面積之比。（D）代表f-肌動蛋白取向的顏色映射和定量。每種顏色代表f-肌動蛋白的角度，而不是熒光的角度。（E）GHPA @ GM，GHPA @ DM和GO/GHPA @ GM中C2C12細胞的肌原性分化的分子分析。

該研究評估了GO/GHPA水凝膠作為骨骼肌組織工程生物活性生物墨水的潛力。將GO納米顆粒成功地摻入了GHPA水凝膠中，而對微觀結構和機械性能沒有任何有害影響，甚至沒有改善的熱穩(wěn)定性。3D打印具有C2C12骨骼肌成肌細胞的GO/GHPA水凝膠，結構保真度高，對細胞活力沒有任何阻礙。3D打印的構建體在細胞培養(yǎng)環(huán)境下穩(wěn)定，可進行長期培養(yǎng)。GO/GHPA水凝膠的微孔結構和蛋白水解可降解特性可以為細胞生長提供合適的微環(huán)境。水凝膠的微孔結構以及GO吸附蛋白質的能力促進了細胞的代謝活性和行為，如粘附和增殖。GO的幾個特征（例如粗糙度，表面氧含量和電導率）可誘導肌發(fā)生，盡管確切的分子機制仍然很少。GO/GHPA水凝膠的成肌誘導作用通過免疫細胞化學分析和成肌特異性標志物的免疫印跡進行評估。

結果表明，C2C12成肌細胞的肌原性分化是自發(fā)促進的，而沒有任何肌原性分化誘導因子。這些結果表明，GO/GHPA水凝膠可用作功能性生物墨水，可用作骨骼肌組織再生的治療支架。關于體內效率評估的進一步研究將導致3D打印的GO/GHPA水凝膠成為骨骼肌組織再生的新方法。

參考文獻：doi.org/10.1021/acsmacrolett.0c00845