Biofabrication：基于DLP生物打印技术探索光引发剂和光吸收剂的最佳配比

来源：EngineeringForLife

在数字光处理（DLP）生物打印中，光引发剂（PI）和光吸收剂（UA）对打印成形都起着关键作用（图1）。PI在打印过程中会产生自由基，从而引发生物墨水的光聚合；然而，从PI中解离的自由基过多会造成细胞损伤，而PI浓度不足又会限制生物墨水的光固化程度，影响打印结构的机械性能和分辨率。UA可以防止过度交联的发生，提高打印分辨率；然而，过量的UA也可能对细胞产生毒性。因此，探索出兼顾可打印性和最小细胞毒性的PI和UA组合对生物打印来说至关重要。

图1 PI和UA的作用示意图

近期，来自美国Wake Forest School of Medicine的Sang Jin Lee团队对载细胞生物打印中使用最多的PI和UA进行了比较及组合，并最终筛选出了兼顾可打印性和细胞活性的组合配比。相关论文“Combinationsof photoinitiator and UV absorber for cell-based digital light processing (DLP)bioprinting”发表在Biofabrication杂志上。

首先，实验人员对众多PI进行了比较，从中选取了LAP（0.2 w/v%）和Irgacure 2100（0.5 w/v%）作为本次实验的PI。经实验分析得出LAP打印的效果优于Irgacure 2100，并且每层所需的固化时间也明显较短，大大缩短了整体的打印时间（图2）。

图2 PI的DLP打印可行性

为了评估PI的细胞毒性，实验人员用含有0.2w/v% LAP的培养基对C2C12细胞系进行培养，并对不同时间点的细胞进行了活死染色（图3）。

图3 PI的细胞毒性评估

随后，实验人员对众多UA的光吸收能力进行了比较，最终选择了R1800和R1888作为本实验的UA。为了评估不同阻光剂对打印成型精度的影响，实验人员利用DLP技术制造了具有不同孔道直径的多通道结构来测试R1800和R1888的区别（图4）。实验结果表明当R1800和R1888的浓度为0.5w/v%时，所得到的打印结构精度最高。

图4 DLP打印通孔结构

为了评估所选UA的细胞毒性，研究人员将C2C12细胞放置在含有不同浓度R1800和R1888的培养基中进行培养（图５）。当UA浓度超过0.5%时，含有R1888培养基中的细胞增殖情况明显弱于含有R1800的培养基，从而得知在保证打印精度的情况下，UA选用R1800更为合适。

图5 UA的细胞毒性测试

最后，研究人员通过对含有C2C12细胞的生物墨水进行了DLP生物打印来评估该PI/UA配比体系对细胞活性的影响，研究人员采用成分为4-PEGDA（8 w/v%）/ LAP（0.2 w/v%）/ R1800（0.5w/v%）的生物墨水进行了载细胞打印，在培养的前14天内C2C12细胞的平均存活率都高于90%（图6）。最后，研究人员通过构建具有可灌注通道的复杂心脏结构，研究了该PI和UA配比下生物墨水用于DLP生物打印的可行性（图7）。

图6 DLP载细胞打印

图7 DLP打印复杂心脏

综上所述，该研究对载细胞生物打印中常用的PI和UA进行了筛选及优化，并根据PI和UA的基本功能对其各项理化及生物性能进行了评估，最后得到兼顾可打印性和细胞毒性的PI/UA最佳配比，该种生物墨水的组合方式在组织工程应用中具有一定的潜力。

参考文献

Huh J, Moon YW, Park J, Atala A, Yoo JJ,Lee SJ. Combinations of photoinitiator and UV absorber for cell-based digitallight processing (DLP) bioprinting. Biofabrication. 2021 May 24;13(3).

https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1758-5090/abfd7a