颗粒状凝胶生物打印细胞的两全其美

将活细胞打印成功能组织非常复杂，每一次技术创新都会带来更多挑战。UMCUtrecht的Levato实验室与同事成功地合并了两种有前途的打印技术，以提高细胞密度、细胞存活率和生物打印的专业化。关键：颗粒状生物凝胶或树脂。

他们的工作发表在《先进材料》杂志上。

细胞是高维护

打印活细胞，称为生物打印，是一种很有前途的技术，可用于创建由干细胞制成的功能性组织。然而，将这种复杂的技术与敏感细胞结合起来是一个巨大的挑战。如果您想对细胞进行生物打印，则需要对它们进行呵护，以便在成品中存活并茁壮成长。如果它们要形成一个功能性组织，它们就需要能够生长、移动并相互交流。

已经尝试了各种印刷策略来解决这个问题，它们各有利弊。在3D挤压打印中，可以沉积多种类型和大量的细胞，但这个过程需要很长时间，会对细胞造成机械应力并且依赖于重力——所有这些都不利于细胞的存活和功能。

通过快速体积生物打印，速度和重力已经得到解决，但这里的挑战是细胞随机分布在树脂中且数量较少，并且由于最终打印由固体树脂组成，因此细胞无法正常运作和交流。

创建一个颗粒状的微世界

为了解决这个问题，用于生物打印的材料必须提供允许细胞自组织和通信的环境。虽然这通常可以通过软水凝胶实现，但确保这些材料的高印刷分辨率和形状保真度仍然是一个关键瓶颈，尤其是在使用传统的逐层制造技术时。

第一作者DavideRibezzi探索了使用颗粒树脂来克服这些挑战。“颗粒凝胶基本上是凝胶微粒紧密堆积在一起，”Ribezzi说。“虽然每个微粒都具有与其散装水凝胶对应物相当的特性，但可以设计和定制填充的微凝胶颗粒以显示广泛的附加有用特性。”

因此，利用颗粒生物材料是一种很有前途的策略，可以解决印刷过程中与大块细胞封装和材料可加工性相关的缺点。

颗粒状树脂确实让研究人员能够将挤出和体积印刷结合起来。使用挤压印刷，某些细胞或其他化学物质可以专门沉积在树脂中。这种方法优化了体积打印速度与挤出打印精度之间的平衡。

凝胶在打印喷嘴周围移动，就像奶油冻围绕侵入手指一样，因此细胞可以快速放置在多层中，而不必担心结构的强度。然后，体积印刷可以通过在挤压单元周围创建和细化形状来完成该过程。

这个过程并非没有挑战。Ribezzi说，“处理生物材料总是需要大量的关注和精心的实验计划。但在我们的研究中，我们利用微凝胶的热特性，从而可以精确调整机械和光学特性。这转化为可调刺激由嵌入的细胞感知。然而，这种更高程度的调整需要在打印过程中更高程度的关注和精确度。”

更多的生物活性：颗粒布丁就是证据

细胞实验证实，颗粒状树脂在印刷后具有更多的生物活性，大大优于固体凝胶。在被打印到树脂中后的八天内，干细胞能够扩散得更多，上皮细胞产生更多的连接，神经元样细胞之间的连接也更多。

Ribezzi说：“对于未来的研究，我们设想混合甚至局部图案化从不同材料中获得的微凝胶。这将使我们能够创建具有独特特性的复合结构，或者具有释放例如药物的生物活性口袋。这些工具将提高组织功能，为组织工程、再生医学和工程生物材料的新兴领域开辟了更多机会。”