应用明胶甲基丙烯酰胺低温3D打印组织工程软骨

发布时间：2022-01-09 04:31

　　目的:探讨应用低温3D打印制作的明胶甲基丙烯酰胺（gelatin methacrylamide,GelMA）支架能否构建高质量组织工程软骨。方法:经预冷处理后,利用低温沉积3D打印技术制备低浓度GelMA支架。大体观察、扫描电镜观察支架宏观、微观结构,并对水凝胶进行流变学和生物力学检测,以DMEM培养液培养大鼠骨髓间充质干细胞作为对照,细胞增殖（CCK-8法）和细胞活性（Live/Dead染色法）检测支架生物相容性,组织学染色定性分析支架成分。裸鼠皮下包埋支架,苏木素-伊红（HE）染色、阿利新蓝染色、番红染色评估软骨细胞外基质结构。结果:大体观察和扫描电镜观察示5%GelMA支架孔径均一,结构规整。与纯GelMA相比,添加细胞的支架力学强度稍强。骨髓间充质干细胞能在支架上黏附并增殖。体内体外组织学染色均表明构建的组织工程软骨在大小、色泽、氨基葡糖聚糖分泌等方面均满足组织工程软骨要求。结论:5%GelMA生物墨水可以在低温条件进行3D打印并成功构建组织工程软骨。 

【文章来源】：南京医科大学学报(自然科学版). 2020,40(04)北大核心CSCD

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

3D打印GelMA支架大体图（A）及支架冻干样品SEM分析图（B，×70)

GelMA作为一种新型水凝胶，可以单独进行生物打印[14]。但为满足生物墨水的双态性，GelMA的使用浓度通常高于10%[10]。而Gu等[13]发现过高浓度的GelMA(>10%）会导致水凝胶内部网络高度交联，从而限制种子细胞的迁移和增殖，抑制营养吸收和产物交换，对种子细胞的生物学行为产生负面影响[15]。Levett等[14]使用5%、10%、15%3种浓度GelMA分别装载细胞，发现5%GelMA可最大程度保证细胞活力，但无法打印出稳定的微纤维。然而，本研究通过低温打印，实现了低浓度、高细胞活力、高分辨率的生物墨水打印。GelMA是一种温敏材料。在特定温度以下，GelMA由液态变为凝胶态。但此过程具有可逆性，当温度上升，其又可变为液态。另外，GelMA还是一种双键改性后的明胶，它会在光引发剂作用下发生紫外光交联并进一步固化[16]，且该过程是不可逆的。这一变化大幅度提高了支架的力学强度，使其满足组织工程软骨支架的力学要求。在打印过程中，我们首先将GelMA溶液加入料筒内并放于0℃，利用低温诱导GelMA成凝胶状态。再将打印机喷头设置为22℃，最后在3℃的平台上打印出稳定的微纤维立体结构。若样品温度持续回升，生物墨水会由凝胶态变回液态，所以，我们在打印后立刻采用紫外光交联，使得GelMA水凝胶充分固化。从流变力学的检测中也可确定，打印前GelMA的储能模量小于损耗模量，打印后储能模量大于损耗模量。因此，利用低温打印的方法就可以实现5%GelMA的可打印性。此外，本研究发现通过短时间紫外照射，不仅保留了种子细胞的活力，而且使得组织工程软骨支架具有一定的生物力学和较高的打印分辨率。

GelMA溶液的温敏特性及5%GelMA的压缩性能表征

【参考文献】：
期刊论文
[1]3D打印个性化多孔钛金属支架重建髋臼骨缺损的中期疗效评估[J]. 唐成,李旭祥,凌辰,姚庆强,魏波,徐燕,王黎明.  南京医科大学学报(自然科学版). 2019(12)
[2]双效骨诱导性的有机-无机水凝胶的构建及其骨再生研究[J]. 程若昱,燕宇飞,陈皓,齐进,邓廉夫,崔文国.  上海交通大学学报(医学版). 2018(08)
[3]以改良方法制作软骨细胞外基质构建高质量组织工程软骨[J]. 费毫,翟晨骏,王振,张啸,范卫民.  南京医科大学学报(自然科学版). 2018(07)
[4]3D生物打印技术在骨组织工程中的应用[J]. 胡超然,邱冰.  中国组织工程研究. 2018(02)



本文编号：3577964