維多利亞大學ACS Biomaterials：利用計算模型的洞察力對可光交聯(lián)的生物墨水進行微...

光交聯(lián)水凝膠前體的三維（3D）生物打印在各種組織工程和藥物篩選應用中引起了極大的興趣，因為由此產生的水凝膠結構的生物化學和生物物理特性可以在時空上進行調整，為細胞提供生理上相關的微環(huán)境。

特別是，這些生物匯受益于巨大的生物功能多樣性，可以被設計為引導細胞走向所需行為。盡管在該領域取得了重大進展，但低聚合物濃度的帶細胞的光交聯(lián)生物匯的3D打印仍然是一個挑戰(zhàn)，因為快速穩(wěn)定這些生物匯并將其轉化為水凝膠絲受到了它們低粘度的阻礙。

此外，由于三維生物打印設置中涉及大量的打印參數，達到一個優(yōu)化的打印條件往往是一個挑戰(zhàn)。因此，計算模型有時被用來了解各種打印參數的影響，并減少在實驗環(huán)境中確定這些影響所需的時間和資源。

在本輪研究中，報告了一種新的3D生物打印策略，用于制造明膠甲基丙烯酰（GelMA）的水凝膠纖維結構，對聚合物濃度有卓越的控制，特別是在相對較低的1%（w/v）至6%（w/v）范圍內，使用微流控打印頭。該打印頭的特點是同軸的芯鞘流，加上一個光交聯(lián)系統(tǒng)，允許GelMA的原位交聯(lián)和水凝膠絲的生成。

圖S1.  GelMA和甘油溶液的粘度變化

此外，研究人員開發(fā)了一個計算模型，以確定工藝參數的最佳范圍，并表征同軸流的擴散和流體動力學行為。這套生物制造系統(tǒng)的細胞相容性是通過生物打印含有U87-MG細胞的帶細胞的生物匯來確定的。值得注意的是，從計算建模到生物打印的既定管道具有巨大的潛力，可以應用于廣泛的光交聯(lián)生物匯，生成具有各種材料和細胞特征的活體組織。

圖S2. 噴嘴中GelMA濃度的測定。 (A）為了實驗研究GelMA在同軸流中的擴散，在熒光顯微鏡下，將已知聚合物濃度的FITC結合的GelMA溶液在噴頭噴嘴中運行，并在Z=4毫米處捕捉圖像（比例尺=500米）。B)使用ImageJ，確定圖像的灰度強度并用于得出標準曲線，將灰度強度與GelMA濃度聯(lián)系起來。實線表示平均值，虛線表示95%的置信區(qū)間，n = 5。 C) 圖3A中所示的三種不同流速條件下的實驗濃度和灰度強度曲線。實線表示平均值，虛線表示標準偏差，n = 3

相關論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsbiomaterials.1c00084