去年,德克薩斯大學阿靈頓分校(UTA)生物工程學洪奕教授獲得美國國立衛生研究院(NIH)頒發的R21資助,為患有血管疾病缺陷的兒童制作3D打印血管材料,F在,他正在領導一個團隊為3D打印材料模仿人體軟組織創建一個高彈性可生物降解水凝膠,從而繼續他在醫療領域的3D打印工作。這種有彈性的新物質有一天會幫助產生幾種不同類型的組織,包括血管,心臟肌肉,骨骼肌肉和皮膚。
洪教授解釋說:“軟組織生物打印經歷了巨大的挑戰,因為水凝膠常常易碎且不可拉伸,并且不能模擬人體軟組織的機械行為。”
為了克服這些挑戰,他們開發了一種簡單的系統,該系統使用由可見光激活的單一交聯機制來實現用于細胞打印的高度彈性和穩健的可生物降解和生物相容性水凝膠。
3D生物打印技術(包括人造組織支架在內使用活細胞)將最終改變我們所知道的醫療保健領域。但水凝膠雖然在3D生物打印應用中經常使用,但不是萬無一失的材料,并且容易斷裂。洪教授說:“它不強壯,不軟,沒有彈性。”
研究人員最近在美國化學學會的ACS應用材料與界面雜志上發表了一篇題為“高彈性可生物降解的單網格水凝膠用于細胞打印”的論文。博士生徐燦燦是該論文第一作者,通訊作者為洪奕教授和來自波士頓東北大學的戴國豪教授。
細胞打印正在成為制造用于生物醫學應用打印纖維素支架的的常用技術。在使用水凝膠的軟組織生物打印中仍存在重大挑戰,這需要水凝膠內的活細胞。此外,水凝膠的彈性機械性能也需要機械模仿天然軟組織。在這里,他們開發了可見光交聯,單網格,可生物降解的水凝膠,具有高度彈性和靈活性,適用于細胞打印,與以前具有雙網絡和雙組分的高彈性水凝膠不同。單網絡水凝膠僅使用一種刺激物(可見光)來觸發凝膠化,可以極大地簡化細胞打印過程。獲得的水凝膠具有高彈性,并且可以調整它們的機械性能以匹配各種天然軟組織。水凝膠具有良好的細胞相容性以支持體外成纖維細胞生長。用水凝膠將各種人類細胞生物打印以形成細胞凝膠構建體,其中細胞在培養7天后表現出高生存力。復合形狀由水凝膠打印,表明細胞打印的水凝膠可行性。我們相信這種高度彈性的單網格水凝膠可以用不同的細胞類型進行簡單打印,并且可以為基于水凝膠的生物打印研究提供新的材料平臺和新思路。
在被選為美國化學學會編輯選擇的論文中,研究人員解釋了他們的3D可打印水凝膠是如何由聚己內酯-聚(乙二醇)-聚己內酯(PCL-PEG-PCL)三嵌段可生物降解聚合物)-連同兩個端基丙烯酸酯和一個可見光水溶性引發劑。
洪教授表示:“聚己酸內酯和聚乙二醇已經在食品和藥物管理局批準的設備和植入物中廣泛使用,這將有助于將材料快速轉變成未來的臨床前和臨床試驗。這種水凝膠的力學性能與不同軟組織匹配的可調性具有真正的優勢。
據悉,已經為新的彈性材料申請了臨時專利,該新型彈性材料可以用于創建組織貼片,其將幫助患者的天然組織愈合和再生。該研究的目標是使用新型水凝膠為患有心臟缺陷的兒童制作新血管。然而,洪教授說,在實現這個目標之前,還有很長的路要走。
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