《Bioactive Materials》：生物3D打印水凝胶促进干细胞球体生成
研究概述
尽管DLP 3D生物打印技术在组织工程和再生医学领域具有巨大潜力，但在构建高性能水凝胶结构方面仍面临挑战。理想的生物墨水需要平衡其物理化学性质以适应打印过程，同时保留封装细胞的活性。干细胞球体作为一种三维球形细胞簇，能够模拟体内环境，并表现出增强的细胞存活能力和抗凋亡能力，在组织工程和再生医学中具有广阔的应用前景。然而，将干细胞球体加载到水凝胶结构中并保持其活性仍然是一个难题。针对该问题，陆军军医大学的刘锐等在《Bioactive Materials》（IF：18.0）上发表了“3D bioprinting of high-performance hydrogel with in-situ birth of stem cell spheroids”。这项研究提出了一种基于DLP 3D生物打印技术的新型策略，用于构建具有高细胞密度的水凝胶组织结构。该策略通过将细胞/右旋糖酐微滴加载到明胶甲基丙烯酰（GelMA）乳液中，利用右旋糖酐作为诱饵捕获封装的细胞，并利用GelMA提供结构支撑。打印后，右旋糖酐的渗出形成了具有曲面的孔隙结构，促进了水凝胶结构中干细胞球体的原位形成。这种策略显著增强了封装干细胞的分化潜能，并在体内展示了其牙本质再生和类似血管结构形成的能力。
生物3D打印在本研究中的作用
生物3D打印技术在研究中发挥了核心作用，通过开发新型的细胞浓缩生物墨水（CCB）并利用数字光处理（DLP）技术，构建了具有高细胞存活率、优异机械性能和结构复杂性的组织构建体。该技术还实现了干细胞球体的原位形成，增强了细胞间相互作用，促进了干细胞的自我更新和分化能力，并有效改善了血管生成。
主要内容
制备过程及运用
CCB 由明胶甲丙烯酰 (GelMA) 和葡聚糖组成，其中葡聚糖作为细胞诱饵，将细胞捕获并聚集在打印过程中，而 GelMA 则提供结构支持。打印后，葡聚糖的去除形成多孔结构，促进细胞球体的原位形成，从而增强封装干细胞的分化潜能。
可打印性
该生物墨水成功打印了多种结构，从简单的二维图案到具有复杂内部和外部结构的 3D 构造，包括轮形、心形和半月形结构。此外，还打印了具有不同组织模型的生物仿生结构，包括胶质母细胞瘤模型、分层皮肤模型和预血管化肝组织模型。
水凝胶支架功效
与标准 GelMA 水凝胶相比，封装在 CCB 水凝胶中的间充质干细胞 (MSC) 在培养过程中表现出更明显的聚集现象。此外，CCB 水凝胶支架还显著增强了封装干细胞的增殖、多能性和分化潜能。
多谱系分化促进
与标准组相比，CCB 组的封装干细胞在成骨、成软骨和成脂分化方面表现出更高的基因表达水平。
血管生成应用
CCB 水凝胶支架可以有效地促进血管生成，包括体外管形成实验和体内血管再生评估。
牙髓-牙本质复合组织再生
与标准组相比，CCB 水凝胶支架可以更有效地促进牙髓-牙本质复合组织的再生，包括牙本质样结构和新血管样结构的形成。
总结
研究开发了一种基于DLP生物3D打印技术的细胞浓缩生物墨水，成功构建了具有高细胞存活率、优异机械性能和结构复杂性的组织构建体。该构建体能够促进干细胞球体的原位形成，增强细胞间相互作用，并显著提高干细胞的成骨、成软骨和成脂肪分化能力。此外，该构建体还具有良好的血管生成能力，并在异位模型中成功支持了牙髓-牙本质复合组织的再生。这项研究为组织工程和再生医学领域提供了新的思路和方法，具有广阔的应用前景。
文献原文：10.1016/j.bioactmat.2024.09.033
文献链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2452199X24004365?via%3Dihub
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