用于生物3D打印构建异质仿生体外模型的肽类树状分子增强生物墨水

来源： 高分子科技

基于增材制造原理，生物3D打印可将由生物材料、细胞或生长因子等组成的生物墨水逐层堆积构建出具有生物功能的复杂结构，正日益成为体外模型构建的有力工具。而作为生物3D打印的关键要素，生物墨水既决定了打印技术的具体实施，也直接决定了细胞存在的三维环境。但现有生物墨水通常面临可打印性和生物功能性间的权衡，造成了生物制造窗口（ 高分子科技  Window）狭窄，或体外模型结构及功能单一。研究表明，生物墨水的力学性能与其网络结构密不可分，而基于天然材料构建的生物墨水在外力作用下大多会发生凝胶体系破坏而无法满足应用需求。近年来，通过构建规整网络或引入能量耗散机制以增强生物墨水力学性能的研究引起了广泛关注。其中，四臂聚乙二醇（4-Arm-PEG）因具有互补端基和相同结构尺寸以及能够在凝胶过程中产生具有相同长度的链段而被认为是经典的规整网络。然而，4-Arm-PEG 有限的端基数量和官能团密度会导致其在被用作生物墨水时面临着反应效率低下、成胶时间过长以及缺乏功能性等局限。

针对上述问题，南京工业大学顾忠伟/毛宏理团队及合作团队从生物制造窗口出发提出了一种基于肽类树状分子增强生物墨水的构建策略，开发出以赖氨酸树状大分子修饰4-Arm-PEG为主体的光点击生物墨水，显著缩短了生物墨水的成胶时间，提高了生物墨水的储能模量以及压缩强度，同时可实现体外复杂模型的高分辨打印。另外，基于该生物墨水，研究团队通过生物3D打印构建了含肝细胞（HepG2/C3A）、肝星状细胞（LX-2）和内皮细胞（EA.hy.926）的血管化肝模型，不仅从结构上模拟了体内肝脏的实质层及非实质层，同时在动态灌注条件下更大程度地仿生了体内肝脏微环境，实现了肝模型的血管内皮屏障、糖原储存、白蛋白分泌和尿素生成等能力。相关研究成果发表在国际重要刊物《Acta Biomaterialia》上(Peptide-dendrimer-reinforced bioinks for 3D bioprinting of heterogeneous and biomimetic in vitro models. 2023, DOI: 10.1016/j.actbio.2023.08.008)，文章第一作者为周可博士，通讯作者为顾忠伟/毛宏理教授。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、江苏省重点研发计划等基金的资助。

Figure 1. 肽类树状分子增强生物墨水制备及其用于生物3D打印血管化肝模型示意图

Figure 2. 肽类树状分子增强生物墨水理化性能表征

Figure 3. 肽类树状分子增强生物墨水可打印性评价

Figure 4. 基于肽类树状分子增强生物墨水的打印结构形状保真度评价

Figure 5. 肽类树状分子增强生物墨水用于生物3D打印血管化肝模型

Figure 6. 基于肽类树状分子增强生物墨水构建的血管化肝模型功能评价

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.actbio.2023.08.008