中国科学院阮长顺等 | 推动明胶基生物墨水应用于挤出式生物打印的最新进展

来源： 生物设计与制造BDM

本综述论文主要聚焦于明胶基生物墨水在克服可打印性、结构稳定性和细胞活性方面局限性的最新策略。合适的生物墨水在挤出式生物打印构建复杂组织中扮演着极其重要的角色。明胶是胶原蛋白的水解产物，不仅能模拟细胞外基质、支持细胞的功能，而且在一定条件下可以挤出成型，是公认地在挤出式生物打印中最具有前景的生物墨水之一。但明胶本身可打印性不高、形状保真度和稳定性较差，同时力学强度不足。因此，开发兼具良好打印性和生物活性的明胶基生物墨水以构建复杂的组织，并应用于特定的生物医学领域仍处于起步阶段。本文全面系统地总结了明胶基生物墨水在挤出式生物打印中提高可打印性、实现复杂组织构建的物理和化学方法和策略。首先，总体概述了用于挤出式生物打印明胶基生物墨水需要满足的性能和要求。其次，重点论述了明胶在克服可打印性、结构稳定性和细胞活性方面局限性的最新策略。在此基础上，进一步探讨采用明胶基生物墨水构建具有更好理化性能和生物功能的复杂组织未来发展所面临的挑战和前景，为开发理想的明胶基生物墨水提供参考和借鉴。


图1 明胶基生物墨水近十年研究现状的文献分析。(a) 2012-2022年明胶基生物墨水发表的论文情况；(b) 不同生物墨水研究占的比例；(c) 不同生物打印方式所占的比例

图2 明胶生物墨水的优势和不足

图3 利用明胶生物墨水和明胶/高分子生物墨水挤出打印的物理策略。(a) 明胶微球和明胶溶液挤出打印；(b) 明胶和纤维蛋白原复合打印；(c) 明胶和氧化的海藻酸钠复合打印

图4 除GelMA外其他化学改性用于挤出生物打印的明胶基生物墨水。（a）Gel-Ph、HRP和H2O2生物墨水体系；（b）在可见光下由Ru/SPS 催化交联的Gel-Ph和HA-Ph复合生物墨水；（c）可以降解的GelAGE生物墨水；（d）具有温度可编程的Gel-Upy-Tyr生物墨水

图5 明胶基生物墨水构建负载细胞的复杂组织结构。(a) hMSCs和HUVECs精准分布的骨组织结构；(b) 同轴打印具有血管管道结构不同形状的大尺寸组织；(c) 基于Gel-Upy-Tyr的具有可逆拉伸扭转能力的耳廓和骨结构