基于悬浮胶基质的软组织生物打印难以实现临床需求的复杂大结构的快速打印。近期葡萄牙阿威罗大学的Jo?oFMano课题组在Biofabrication杂志发表题为“Freeform3Dprintingusingacontinuousviscoelasticsupportingmatrix”的文章，该文章开发了一套新的经济有效且可广泛获得的基于*原胶（xanthan-gum，XG）的连续拟塑性支撑材料体系，可以快速打印复杂的较大尺度3D结构，为生产任意形状的个性化药物的提供了新的机遇。此外，XG还有助于制备具有灌注网络的水凝胶结构，在体外模型和器官芯片等生物医学领域有广泛的应用前景。
充满细胞的水凝胶是软材料，无法在重力作用下保持3D形状完整性和准确性。调节水凝胶流变性和交联密度以提升其机械强度的常规方法可能会对细胞活性，增殖和分化产生不利影响。为了克服这一限制，一种新兴的工艺是在3D打印过程中使用支撑材料提供物理支撑以维持所打印结构的形状，且去除支撑材料后仍能保持良好的结构。但目前的支撑材料繁琐的制备和去除过程限制了其快速制备大尺寸高精度结构的能力，进一步限制了其规模化的临床转化。为了绕过这些挑战，文章作者研发了一种新的基于*原胶（XG）的高度拟塑性悬浮液体系。这种天然多糖的高分子聚合物网络通过氢键和聚合物缠结保持稳定，其拟塑性行为提供了出色的悬浮支撑性能。作者通过两种不同的生物打印方法（图1）展示了XG作为支撑材料的不同功能：作为牺牲性的粘性支撑基质以打印生成复杂三维结构（图1（A）），或作为永久性支撑材料，作为最终结构的一部分生成中空灌流结构（图1（B））。
图1XG作为支撑材料的两大功能
为支撑打印复杂的自由形状结构，制备生物相容性良好的海藻酸钠作为生物墨水。将小鼠成纤维细胞L加入海藻酸盐中用于后续评估XG的生物相容性。将用于交联海藻酸钠的CaCl2溶解在蒸馏水/培养基（打印载有细胞的细丝时）中，然后缓慢加入XG并在室温下剧烈搅拌过夜（以免成团）制备XG支撑基质。使用气动生物三维打印系统打印复杂的自由形状的结构。制备可光固化的永久性支撑材料以制备中空灌流结构。滴加甲基丙烯酸缩水甘油酯到XG溶液透析合成可光固化的甲基丙烯酸化*原胶（XG-GMA）并溶解在含0.1％光引发剂Irgacure的磷酸盐缓冲盐溶液中制成可光固化悬浮基质，在其中打印藻酸盐细丝后，在紫外光下曝光交联XG-GMA基质，再在补充有乙二胺四乙酸（EDTA）的培养基中孵育4小时以溶解掉藻酸盐长丝形成中空管道。
基于XG基质的悬浮打印过程
1.适用于连续打印自由3D结构的XG基质
文章将海藻酸盐构建体3D打印到1.5％（w/v）XG支撑基质中。实验结果显示在3D打印过程结束时，3D不对称水凝胶结构不会因重力作用而坍塌，这说明了XG支撑基质的出色悬浮支撑特性。连续的XG流体支撑基质允许实现空心结构在不影响分辨率的情况下以较快的速度（厘米级结构为30mm/s）打印（图2）。与已有支撑材料相比，XG基质的独特特性允许以高速和高打印保真度来打印三维结构，从而为将制备临床需求的大尺寸结构铺平了道路。此外，与目前使用化学和/或酶促降解基质胶的方法相比，将容器浸入水中可以在温和的条件下轻松地从XG基质中释放出复杂的含细胞结构。将上文所述含L细胞海藻酸盐细丝打印到掺有10％FBS的XG培养基中，1小时后移出并在培养基中孵育。活/死染色分析表明，L细胞在培养7d之前仍可存活（图3（C）），这证实了XG支撑材料的生物相容性及其对生物打印过程中施加的剪切力的耐受性。
图2使用XG悬浮基质打印自由3D结构
图3含L细胞海藻酸盐细丝悬浮打印后培养1,3,7天结果
2.用于制备灌注中空水凝胶结构的可光固化XG凝胶文章在0.5％（w/v）载有L细胞的甲基丙烯酸酯化的XG基质中包裹打印藻酸盐细丝，紫外交联后使用EDTA溶解藻酸盐长丝形成一条轮廓分明的螺旋中空微通道，该通道可以被流过的蓝色染料灌注（图4（C））。与大量对照试验组相比，在体外培养7天的灌注结构含细胞XG-GMA水凝胶（图4（D）显示出在5和7d时细胞活力和细胞团簇均有增加。作者认为这种方法在未来可以用于构建更复杂和层次化的模拟血管网络并应用于体外模型和器官芯片中。
图4用于制备灌注中空水凝胶结构的可光固化XG凝胶
为解决当前悬浮胶软组织生物打印难以实现复杂大结构的快速打印的问题，文章提出了一种可广泛获取且低成本的新支撑材料*原胶（XG）体系。与其他悬浮打印材料相比，XG基质独特的流变特性使其能够以前所未有的打印速度快速制备复杂的厘米级3D结构。这样的3D结构可以在温和的条件下轻松地从XG基质中释放，从而保持其结构完整性和细胞活性。改性后可光固化的XG凝胶基质还可以实现中空灌注网络的构造。考虑到XG的独特性能，可以期待的是，未来可以利用同一支撑基质实现多种材料的3D生物打印以构建异质组织，为个性化医学开辟独特的研究道路。
Patrício,SóniaGon?alves,LilianaRSousa,TiagoRuivoCorreia,VítorMGaspar,LilianaSPires,JorgeLLuís,JoseMartinhoOliveira,andJo?oFMano..“Freeform3DPrintingUsingaContinuousViscoelasticSupportingMatrix.”Biofabrication12(3):.DOI：10./-/ab8bc3预览时标签不可点收录于话题#个上一篇下一篇
