研究員開發可幫助3D列印人體軟組織的新型彈性可生物降解水凝膠

去年，德克薩斯大學阿靈頓分校（UTA）生物工程學教授Yi Hong博士獲得美國國立衛生研究院（NIH）頒發的R21資助，為患有血管疾病的兒童開發製作3D列印血管的材料。Hong博士自從開始職業生涯以來一直是該方面研究的主要研究員，補助金額總計超過85萬美元。現在，他通過領導一個團隊創建了一種可以模仿人體軟組織的生物3D列印材料的高彈性可生物降解水凝膠，以繼續他在醫療領域的3D列印工作。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。

Hong博士解釋說：「軟組織生物列印經歷了巨大的挑戰，因為水凝膠常常易碎且不可拉伸，並且不能模擬人體軟組織的機械行為。」

「為了克服這些挑戰，我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於細胞列印的高度彈性和穩健的可生物降解和生物相容性水凝膠。」

生物3D列印技術（包括在人造組織支架內使用活細胞）將最終改變我們所知道的醫療保健領域。水凝膠雖然在生物3D列印應用中經常使用，但不是萬無一失的材料，並且容易斷裂。

Hong博士說：「它不強壯，不軟，不彈性。」

研究人員最近在美國化學學會的ACS應用材料與界面雜誌上發表了一篇題為「用於細胞列印的高彈性可生物降解的單網路水凝膠」的論文。合著者包括來自波士頓東北大學的Cancan Xu、Wenhan Lee、Guohao Dai和Hong博士。

論文摘要寫道：「細胞列印正在成為製造用於生物醫學應用的纖維素印花支架的常用技術。在使用水凝膠的軟組織生物列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模仿天然軟組織的機械。在這裡，我們開發了可見光交聯、單網路、可生物降解的水凝膠，具有高度彈性和靈活性，適用於細胞列印，與以前具有雙網路和雙組分的高彈性水凝膠不同。單網路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列印過程。獲得的水凝膠具有高彈性，並且可以調整它們的機械性質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列印以形成細胞凝膠構建體，其中細胞在培養7天後表現出高生存力。複合圖案由水凝膠列印，表明細胞列印的水凝膠可行性。我們相信這種高度彈性的單網路水凝膠可以用不同的細胞類型進行簡單列印，並且可以為基於水凝膠的生物列印研究提供新的材料平台和新思路。」

該論文還被美國化學學會編輯所選中，研究人員解釋了他們的可3D列印水凝膠是如何由聚己內酯-聚（乙二醇）-聚己內酯（PCL-PEG-PCL）的三嵌段可生物降解聚合物連同兩個端基丙烯酸酯和可見光水溶性引發劑形成。

Hong博士說：「聚己酸內酯和聚乙二醇已經在食品和藥物管理局批准的設備和植入物中廣泛使用，這將有助於將材料快速發展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是一個真正的優勢。」

據悉，Hong博士已經為新的彈性材料申請了臨時專利申請，該新型彈性材料可以用於創建組織貼片，其將幫助患者的天然組織癒合和再生。

「這些同事可能已經開創了水凝膠生物列印研究的新思路。這項工作對於通過跨學科工作來推進UTA的健康戰略主題和人類狀況至關重要，」UTA生物工程主席Michael Cho說道。

該研究的目標是使用新型水凝膠為患有心臟缺陷的兒童製作新血管。然而，Hong博士說，在這種情況發生之前，還需要很多年的測試。

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