血源性蛋白質(zhì)顆?；锬?D打印新進(jìn)展

來(lái)源：EFL生物3D打印與生物制造

傳統(tǒng)生物墨水通常基于合成聚合物（如聚乙二醇、明膠甲基丙烯酰胺）或天然多糖（如海藻酸鈉、透明質(zhì)酸）。這些材料雖然具有良好的流變學(xué)特性和打印性能，但往往缺乏天然細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）的生物活性，需要額外添加生長(zhǎng)因子或細(xì)胞因子來(lái)促進(jìn)細(xì)胞增殖和分化。此外，傳統(tǒng)生物墨水通常需要較高的打印壓力（如120 kPa）來(lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的擠出，這可能會(huì)對(duì)細(xì)胞造成較大的剪切應(yīng)力，影響細(xì)胞活性和生存率。打印后的結(jié)構(gòu)通常需要額外的交聯(lián)步驟（如化學(xué)交聯(lián)或光交聯(lián)）來(lái)提高機(jī)械穩(wěn)定性，但這些步驟可能會(huì)對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生毒性。傳統(tǒng)生物墨水的功能相對(duì)單一，通常需要通過(guò)復(fù)雜的化學(xué)修飾或與其他材料混合來(lái)實(shí)現(xiàn)多功能性。

本文由阿威羅大學(xué)JoãoF.Mano團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出的基于血源性蛋白質(zhì)（如人類(lèi)血小板裂解物PL和牛血清白蛋白BSA）的顆?；锬哂酗@著的優(yōu)勢(shì)。這些天然蛋白質(zhì)本身富含生長(zhǎng)因子、細(xì)胞因子和其他生物活性分子，能夠直接支持細(xì)胞的粘附、增殖和分化，無(wú)需額外添加生物活性分子。PL（人類(lèi)血小板裂解物）特別富含多種生長(zhǎng)因子，如血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（VEGF）、血小板衍生生長(zhǎng)因子（PDGF）等，這些因子在組織再生和修復(fù)中起關(guān)鍵作用。通過(guò)噴嘴堵塞（NJ）技術(shù)，PLMA基墨水的打印壓力低至20 kPa，顯著降低了細(xì)胞的剪切應(yīng)力，提高了細(xì)胞的存活率和活性。打印后的結(jié)構(gòu)通過(guò)光交聯(lián)迅速固化，形成具有高機(jī)械穩(wěn)定性和魯棒性的支架，且光交聯(lián)過(guò)程對(duì)細(xì)胞的毒性較小。PLMA基墨水在打印絲狀物、網(wǎng)格和復(fù)雜結(jié)構(gòu)時(shí)展現(xiàn)出極高的打印保真度和結(jié)構(gòu)完整性，即使在沒(méi)有支撐浴的情況下也能打印出多層結(jié)構(gòu)和復(fù)雜幾何形狀。此外，顆?；哂心K化特性，可以通過(guò)混合不同熒光標(biāo)記的微凝膠或封裝不同的藥物來(lái)實(shí)現(xiàn)多功能性。這項(xiàng)研究為利用天然血源性蛋白質(zhì)制造生物活性和患者特異性的生物打印墨水提供了新的思路，進(jìn)一步拓展了其在藥物遞送和組織工程中的應(yīng)用潛力。

1.本文亮點(diǎn)：
（1）創(chuàng)新的生物墨水制備方法
利用天然血源性蛋白質(zhì)：研究團(tuán)隊(duì)成功利用人類(lèi)血小板裂解物（PL）和牛血清白蛋白（BSA）開(kāi)發(fā)出可用于3D打印的顆?；锬?。這些天然蛋白質(zhì)具有豐富的生長(zhǎng)因子和細(xì)胞因子，能夠促進(jìn)細(xì)胞增殖和組織再生，為生物打印提供了更具生物活性的材料。

雙重步驟策略：通過(guò)化學(xué)交聯(lián)形成塊狀水凝膠，再進(jìn)行機(jī)械破碎和堵塞處理，成功將低粘度的血源性蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化為適合3D打印的顆?；＿@種方法不僅提高了材料的可打印性，還保留了其生物活性。

（2）優(yōu)化的堵塞技術(shù)
噴嘴堵塞（Nozzle Jamming, NJ）：與傳統(tǒng)的離心堵塞（Centrifugal Jamming, CJ）相比，噴嘴堵塞技術(shù)在顆?；闹苽渲斜憩F(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)。NJ方法能夠精確控制堵塞程度，從而優(yōu)化墨水的流變學(xué)特性，使其更適合3D打印。這種技術(shù)不僅提高了打印性能，還增強(qiáng)了打印過(guò)程的可重復(fù)性和可控性。

2.主要內(nèi)容：

圖1 微凝膠的產(chǎn)量、形態(tài)和孔隙率

通過(guò)機(jī)械破碎法制備的BSAMA和PLMA基微凝膠的產(chǎn)量、形態(tài)、粒徑分布以及孔隙率。結(jié)果顯示，PLMA基微凝膠的產(chǎn)量更高，粒徑更小且分布更廣，而B(niǎo)SAMA基微凝膠的孔隙率更大。這些特性與微凝膠的尺寸和分布密切相關(guān)，為后續(xù)的3D打印和生物相容性研究提供了重要基礎(chǔ)。

圖2 流變學(xué)特性

通過(guò)流變學(xué)測(cè)試全面評(píng)估了BSAMA和PLMA基顆?；拇蛴⌒阅芟嚓P(guān)特性。結(jié)果顯示，所有配方均展現(xiàn)出剪切變稀行為，適合擠出打印；噴嘴堵塞（NJ）處理的墨水比離心堵塞（CJ）處理的墨水具有更高的初始粘度和更好的擠出性能。光交聯(lián)后，墨水的儲(chǔ)存模量顯著增加，表明交聯(lián)過(guò)程有效提升了墨水的機(jī)械穩(wěn)定性，為3D打印提供了理想的材料特性。

圖3 3D打印絲狀物的性能

圖4 網(wǎng)格打印性能

通過(guò)打印絲狀物的顯微照片和相關(guān)參數(shù)（如絲狀物直徑、間距和均勻性比率）分析，表明PLMA-NJ墨水在不同打印壓力和速度下展現(xiàn)出良好的打印響應(yīng)性和均勻性，尤其在25 kPa和12 mm/s的條件下表現(xiàn)最佳。隨后進(jìn)一步通過(guò)打印網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的顯微照片和參數(shù)（如網(wǎng)格面積保真度、孔隙率和均勻性）評(píng)估，證實(shí)了PLMA-NJ墨水在復(fù)雜結(jié)構(gòu)打印中的優(yōu)越性，其打印結(jié)果具有更高的可重復(fù)性和保真度，而B(niǎo)SAMA-NJ墨水則表現(xiàn)出較低的均勻性和較差的響應(yīng)性。這些結(jié)果表明PLMA-NJ顆?；?D打印中具有更好的適用性和可操作性。

圖5 細(xì)胞增殖和生物相容性

通過(guò)一系列細(xì)胞實(shí)驗(yàn)評(píng)估了PLMA和BSAMA基顆粒化支架的生物相容性和細(xì)胞增殖能力。結(jié)果顯示，人類(lèi)脂肪干細(xì)胞（hASCs）在兩種支架上均能成功粘附和增殖，但PLMA基支架上的細(xì)胞代謝活性更高，細(xì)胞數(shù)量更多，且細(xì)胞形態(tài)更接近自然生長(zhǎng)狀態(tài)。這些結(jié)果表明PLMA基支架具有更好的細(xì)胞親和力和生物學(xué)性能，為后續(xù)的生物打印和組織工程應(yīng)用提供了有力支持。

圖6 生物墨水的細(xì)胞封裝和打印性能

圖7 顆?；哪K化和藥物封裝能力

通過(guò)活/死實(shí)驗(yàn)、細(xì)胞形態(tài)分析和流變學(xué)測(cè)試，證明了PLMA-NJ生物墨水能夠高效封裝人類(lèi)脂肪干細(xì)胞（hASCs），并在3D打印后維持細(xì)胞活性和均勻分布，同時(shí)保持良好的打印性能和形狀保真度。對(duì)顆粒化墨水的模塊化特性和藥物封裝能力進(jìn)行了進(jìn)一步測(cè)試，通過(guò)共聚焦顯微鏡圖像和藥物釋放實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了PLMA基微凝膠在多色染料標(biāo)記下的均勻分布，以及在生理和酸性條件下對(duì)藥物（如橙皮苷）的高效封裝和可控釋放，進(jìn)一步拓展了顆?；诮M織工程和藥物遞送中的應(yīng)用潛力。

3.全文總結(jié)：
本文提出了一種基于血源性蛋白質(zhì)（如人類(lèi)血小板裂解物PL和牛血清白蛋白BSA）的顆?；锬糜?D生物打印。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)化學(xué)交聯(lián)和機(jī)械破碎的方法將這些低粘度的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化為適合打印的顆粒化墨水，并比較了離心堵塞（CJ）和噴嘴堵塞（NJ）兩種方法對(duì)打印性能的影響。結(jié)果顯示，PLMA（甲基丙烯化血小板裂解物）基墨水在噴嘴堵塞處理后展現(xiàn)出優(yōu)異的打印保真度、低壓力需求和良好的細(xì)胞相容性，能夠支持細(xì)胞的粘附和增殖。此外，PLMA基墨水還具有模塊化特性，可用于藥物封裝和釋放，展現(xiàn)出在組織工程和再生醫(yī)學(xué)中的廣泛應(yīng)用潛力。

參考資料：
https://doi.org/10.1002/agt2.70041