用于四维活细胞生物打印的卡住微片水凝胶

供稿人：李红艳 连芩 供稿单位：西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室

使用水凝胶作为4D打印的生物墨水具有易于加工性、天然组织细胞外基质结构的仿生能力，与基于挤出的4D打印技术的高度相容性等优点，但也存在印刷分辨率不足、形状保真度不理想和频繁的喷嘴阻塞等阻碍。在基于水凝胶的材料中，微凝胶（例如颗粒水凝胶）已被广泛使用，颗粒状微凝胶在足够的应力和温度条件下被特殊加工成“卡住状态”（jammed），以提高印刷适性。

伊利诺伊大学芝加哥分校的AiXiang Ding等人开发了一种卡住的异质单组分微片水凝胶（MFH）系统，由离子交联氧化和甲基丙烯酸酯海藻酸盐（OMA）微凝胶组成，作为4D活细胞生物打印的墨水。当加入光引发剂（PI）和紫外线吸收剂时，这种MFH可以很容易地打印到稳定的3D生物结构中，并且可以进一步交联以形成更强大的水凝胶构建体，在水凝胶内具有交联梯度。打印的3D生物构建体中MFH的交联梯度允许在细胞培养基中培养后受控地变形为定义的几何形状（图1）。

图1：结合PI和紫外线吸收剂的4D MFH生物打印方案：i）将卡住的富含细胞的MFH生物墨水打印到生物构建体中;ii）紫外线交联以在3D打印的生物结构内产生交联梯度;iii）在培养基中培养以驱动形状变形。

利用这种生物墨水，使用光刻技术局部光交联含有细胞的水凝胶棒，并在37°C下在GM中培养水凝胶棒，以引发复杂的形状转换。例如，以相反方向的两个独立梯度进行光交联的水凝胶棒变成“生物螺旋”（图2a）或“bioS”结构（图2b ）。这种独特的4D生物打印系统将在4D组织和器官工程中具有广阔的应用前景，并可能有助于研究发育过程。

图2：a）充满细胞的“生物螺旋”结构的显微照片。b） 充满细胞的“bioS”结构的照片。

参考文献：
AiXiang Ding et al. Jammed Micro-Flake Hydrogel for Four-Dimensional Living Cell Bioprinting. Advancedmaterials.2022.