维多利亚大学ACS Biomaterials：利用计算模型的洞察力对可光交联的生物墨水进行微...

光交联水凝胶前体的三维（3D）生物打印在各种组织工程和药物筛选应用中引起了极大的兴趣，因为由此产生的水凝胶结构的生物化学和生物物理特性可以在时空上进行调整，为细胞提供生理上相关的微环境。

特别是，这些生物汇受益于巨大的生物功能多样性，可以被设计为引导细胞走向所需行为。尽管在该领域取得了重大进展，但低聚合物浓度的带细胞的光交联生物汇的3D打印仍然是一个挑战，因为快速稳定这些生物汇并将其转化为水凝胶丝受到了它们低粘度的阻碍。

此外，由于三维生物打印设置中涉及大量的打印参数，达到一个优化的打印条件往往是一个挑战。因此，计算模型有时被用来了解各种打印参数的影响，并减少在实验环境中确定这些影响所需的时间和资源。

在本轮研究中，报告了一种新的3D生物打印策略，用于制造明胶甲基丙烯酰（GelMA）的水凝胶纤维结构，对聚合物浓度有卓越的控制，特别是在相对较低的1%（w/v）至6%（w/v）范围内，使用微流控打印头。该打印头的特点是同轴的芯鞘流，加上一个光交联系统，允许GelMA的原位交联和水凝胶丝的生成。

图S1.  GelMA和甘油溶液的粘度变化

此外，研究人员开发了一个计算模型，以确定工艺参数的最佳范围，并表征同轴流的扩散和流体动力学行为。这套生物制造系统的细胞相容性是通过生物打印含有U87-MG细胞的带细胞的生物汇来确定的。值得注意的是，从计算建模到生物打印的既定管道具有巨大的潜力，可以应用于广泛的光交联生物汇，生成具有各种材料和细胞特征的活体组织。

图S2. 喷嘴中GelMA浓度的测定。 (A）为了实验研究GelMA在同轴流中的扩散，在荧光显微镜下，将已知聚合物浓度的FITC结合的GelMA溶液在喷头喷嘴中运行，并在Z=4毫米处捕捉图像（比例尺=500米）。B)使用ImageJ，确定图像的灰度强度并用于得出标准曲线，将灰度强度与GelMA浓度联系起来。实线表示平均值，虚线表示95%的置信区间，n = 5。 C) 图3A中所示的三种不同流速条件下的实验浓度和灰度强度曲线。实线表示平均值，虚线表示标准偏差，n = 3

相关论文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsbiomaterials.1c00084