研究员开发可帮助3D打印人体软组织的新型弹性可生物降解水凝胶
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，为患有血管疾病的儿童开发制作3D打印血管的材料。Hong博士自从开始职业生涯以来一直是该方面研究的主要研究员，补助金额总计超过85万美元。现在，他通过领导一个团队创建了一种可以模仿人体软组织的生物3D打印材料的高弹性可生物降解水凝胶，以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。
Hong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。”
生物3D打印技术（包括在人造组织支架内使用活细胞）将最终改变我们所知道的医疗保健领域。水凝胶虽然在生物3D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。Hong博士说：“它不强壮，不软，不弹性。”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“用于细胞打印的高弹性可生物降解的单网络水凝胶”的论文。合着者包括来自波士顿东北大学的Cancan Xu、Wenhan Lee、Guohao Dai和Hong博士。
论文摘要写道：“细胞打印正在成为制造用于生物医学应用的纤维素印花支架的常用技术。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模仿天然软组织的机械。在这里，我们开发了可见光交联、单网络、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质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。复合图案由水凝胶打印，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络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。”
该论文还被美国化学学会编辑所选中，研究人员解释了他们的可3D打印水凝胶是如何由聚己内酯-聚（乙二醇）-聚己内酯（PCL-PEG-PCL）的三嵌段可生物降解聚合物连同两个端基丙烯酸酯和可见光水溶性引发剂形成。
Hong博士说：“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发展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是一个真正的优势。”
据悉，Hong博士已经为新的弹性材料申请了临时专利申请，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。
“这些同事可能已经开创了水凝胶生物打印研究的新思路。这项工作对于通过跨学科工作来推进UTA的健康战略主题和人类状况至关重要，”UTA生物工程主席Michael Cho说道。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，Hong博士说，在这种情况发生之前，还需要很多年的测试。
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