供稿人:谢璇璇、高琳 供稿单位：机械制造系统工程国家重点实验室 发布日期：2021-01-08
近日，加州大学团队研制出以改性人重组弹性蛋白原作为主要成分的新型生物墨水，在生物3D组织打印，尤其是人工心脏打印上具有应用潜力与前景。
图1 生物墨水的组成
人重组弹性蛋白原的弹性来自于三维结构中疏水区域与亲水区域的相互作用，其链结构如图所示。将人重组弹性蛋白原与明胶分别用甲基丙烯酸酐改性，引入交联基团，分别得到主成分Metro及GelMa，并采用苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)磷酸锂盐（LAP）作为交联剂，可在405nm光照射下交联固化。生物墨水中的GelMA提供适宜的细胞培养环境，强化墨水的可打印性；MeTro的加入增强了打印结构的弹性和机械稳定性及生物相容性，并获得体内降解的能力。
图2 打印参数的测定及打印保真度验证
虽然GelMa的加入增加了流变性能，未固化的墨水缺乏提供机械稳定性的能力，在离开喷嘴后立即变形。支持浴技术解决了这个问题，打印过程中，打印结构被主要由交联的聚丙烯酸颗粒包围支撑。光聚合后，通过加入一价阳离子，如杜尔贝科磷酸盐缓冲盐(DPBS)，将聚丙烯酸颗粒液化，获得打印结构。
研究团队在不同的打印速度(10~50mm·s-1)和挤压压力(5~25KPa)下测试出新型生物墨水最佳打印工艺参数。在各种复杂结构，如心脏切片，晶格结构打印保真度良好。系列测试说明新型生物墨水具备打印可用结构的资质。
图3 带血管心脏结构制造示意图及其上细胞存活率测定
图4 带血管心脏结构屏障功能及自发搏动功能测试
在实际应用层面，由该墨水打印带血管心脏结构，通过对FITC-Dex荧光素的扩散观察，发现打印结构具备内皮屏障功能；而搏动量化实验发现打印结构具备心肌细胞的自发搏动。这两项是心脏组织的重要功能，展示了新型生物墨水在人工心脏打印中的应用潜力。