新型弹性可生物降解水凝胶可帮助未来3D打印人体软组织

去年，德克萨斯大学阿灵顿分校(UTA)生物工程学教授Yi Hong博士获得美国国立卫生研究院 (NIH)颁发的R21资助， 为患有血管疾病缺陷的儿童制作3D打印血管材料。洪博士自从他开始职业生涯以来一直是研究补助金，总计超过85万美元。现在，他正在领导一个团队为3D打印材料模仿人体软组织创建一个高弹性可生物降解水凝胶，从而继续他在医疗领域的3D打印工作。这种有弹性的新物质有一天会帮助产生几种不同类型的组织，包括血管，心脏肌肉，骨骼肌肉和皮肤。

UTA生物工程教授兼项目负责人Yi Hong博士展示了他的新型hyrdogel。

洪博士解释说：“软组织生物打印经历了巨大的挑战，因为水凝胶常常易碎且不可拉伸，并且不能模拟人体软组织的机械行为。

“为了克服这些挑战，我们开发了一种简单的系统，该系统使用由可见光激活的单一交联机制来实现用于细胞打印的高度弹性和稳健的可生物降解和生物相容性水凝胶。”

3D生物打印技术(包括人造组织支架在内使用活细胞)将最终 改变我们所知道的医疗保健领域。但水凝胶虽然在3D生物打印应用中经常使用，但不是万无一失的材料，并且容易断裂。

洪博士说：“它不强壮，不软，没有弹性。”

研究人员最近在美国化学学会的ACS应用材料与界面杂志上发表了一篇题为“ 高弹性可生物降解的单网格水凝胶用于细胞打印 ”的 论文。合作者包括 来自波士顿东北大学的 Cancan Xu ， 李文汉， 戴国豪和 Hong博士。

摘要写道：“细胞打印正在成为制造用于生物医学应用打印纤维素支架的的常用技术。在使用水凝胶的软组织生物打印中仍存在重大挑战，这需要水凝胶内的活细胞。此外，水凝胶的弹性机械性能也需要机械模仿天然软组织。在这里，我们开发了可见光交联，单网格，可生物降解的水凝胶，具有高度弹性和灵活性，适用于细胞打印，与以前具有双网络和双组分的高弹性水凝胶不同。单网络水凝胶仅使用一种刺激物(可见光)来触发凝胶化，可以极大地简化细胞打印过程。获得的水凝胶具有高弹性，并且可以调整它们的机械性能以匹配各种天然软组织。水凝胶具有良好的细胞相容性以支持体外成纤维细胞生长。用水凝胶将各种人类细胞生物打印以形成细胞凝胶构建体，其中细胞在培养7天后表现出高生存力。复合形状由水凝胶打印，表明细胞打印的水凝胶可行性。我们相信这种高度弹性的单网格水凝胶可以用不同的细胞类型进行简单打印，并且可以为基于水凝胶的生物打印研究提供新的材料平台和新思路。

在被选为美国化学学会编辑选择的论文中，研究人员解释了他们的3D可打印水凝胶是如何由聚己内酯 - 聚(乙二醇) - 聚己内酯(PCL-PEG-PCL)三嵌段可生物降解聚合物) - 连同两个端基丙烯酸酯和一个可见光水溶性引发剂。

Hong博士表示：“聚己酸内酯和聚乙二醇已经在食品和药物管理局批准的设备和植入物中广泛使用，这将有助于将材料快速转变成未来的临床前和临床试验。这种水凝胶的力学性能与不同软组织匹配的可调性具有真正的优势。

据悉，已经为新的弹性材料申请了临时专利，该新型弹性材料可以用于创建组织贴片，其将帮助患者的天然组织愈合和再生。

该研究的目标是使用新型水凝胶为患有心脏缺陷的儿童制作新血管。然而，洪博士说，在实现这个目标之前，还有很长的路要走。