鑽石舞台

摘要：中科院蘇州納米所張智軍團隊針對光交聯生物墨水在擠出式生物3D打印過程中存在的流動性強、成型性差等問題，以及在軟組織工程領域面臨的挑戰，開發出具有互補聚合物網絡結構的生物墨水，改善了傳統光交聯生物墨水的流變性質及在擠出式打印過程中的成型精度，實現了以神經組織工程支架為代表的軟組織工程支架的生物打印。

關鍵詞：Macromolecular Bioscience，生物3D打印，軟組織製造，生物墨水，中科院蘇州納米所

作為一類新興的增材製造技術，生物3D打印技術逐漸獲得再生醫學領域基礎研究及臨床轉化方向研究者的青睞，其中，擠出式生物打印技術因其工藝簡單、細胞友好、細胞負載量大且分布可控等特點，在組織工程支架、器官模型等仿生三維組織實體的加工製造方面展現出巨大的優勢。作為擠出式生物打印技術的核心要素，開發兼具良好的可打印性和細胞相容性的生物墨水，依然是制約生物3D打印技術在組織工程與再生醫學領域應用的重大挑戰。

光交聯生物墨水因其製備方法簡便、固化速率較高、力學強度可調、生物材料來源廣泛等優點，成為生物3D打印研究中的一類通用的生物墨水，尤其在激光輔助式打印、立體光刻式打印等方面更是發揮着不可替代的作用。然而，傳統的光交聯生物墨水因存在着黏度較低、難以直寫成型等問題，在擠出式生物打印技術中的應用受到了較大限制。而通過提高墨水濃度、添加增稠劑、進行預交聯等傳統物理化學方法對生物墨水進行流變改性，不僅容易導致打印過程中的細胞存活率降低，還會引起打印支架的力學強度發生較大改變，並不適用於軟組織工程支架的生物打印。因此，亟需開發兼具良好的可打印性和細胞相容性的新型光交聯生物墨水，以拓展生物3D打印技術的「生物製造窗口」以及在組織工程研究中的應用。

針對上述難題與挑戰，中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所張智軍研究員團隊發展了一種具有互補聚合物網絡結構的新型光交聯生物墨水，實現了生物墨水在墨水濃度較低的條件下的擠出式生物打印，探索了生物墨水在神經支架的精準構建方面的應用潛力（圖1）。該工作利用亞胺鍵、二硫鍵等一系列可逆共價鍵對生物墨水進行交聯，在墨水內部引入動態聚合物網絡，從而賦予了生物墨水動態可逆的黏彈性質，使得生物墨水在擠出-沉積過程中發生可逆的「溶膠-凝膠」轉變（圖2）。實驗結果表明，生物墨水在擠出式打印過程中能夠保持較好的打印精度，同時，3D打印支架呈現較高的形狀保真度（圖3），並通過負載神經細胞的生物3D打印的方式，證明了3D打印支架能夠很好地支持神經細胞的存活、生長以及神經突起的延伸（圖4），從而顯示了互補聚合物網絡生物墨水在軟組織工程支架的生物打印方面的應用的可行性。

上述工作為生物墨水的合理設計，以及「生物製造窗口（Biofabrication window）」的拓展提供了一種新的策略。相關研究成果以「Development and Characterization of Complementary Polymer Network Bioinks for 3D Bioprinting of Soft Tissue Constructs」為題近期發表於國際學術期刊Macromolecular Bioscience上，中科院蘇州納米所博士研究生宋少帥為論文第一作者，張智軍研究員和黃潔副研究員為共同通訊作者，研究工作得到了中國科學院戰略性先導專項（XDA16020100）、國家自然科學基金（32171367）以及蘇州市基礎研究試點項目（SJC2021011）的資助。