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2024
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行业新知 | 光固化DLP 3D打印生物高性能水凝胶：实现干细胞球体的原位生成
作者：
奇遇科技
行业新知
在现代制造业和医疗技术中，高精度陶瓷3D打印正迅速成为一项关键技术。近日，一项关于数字光处理（DLP）技术在高性能材料制造中的研究成果引起了广泛关注。陆军军医大学（第三军医大学）刘崇伦团队在《Bioactive Materials》发表了题3D bioprinting of high-performance hydrogel with in-situ birth of stem cell spheroids的研究，证明了DLP技术在水凝胶生物打印中的潜力，为陶瓷打印技术提供了直接参考。文章展示了如何通过优化生物墨水配方，实现干细胞球体的原位生成，并提升了材料的再生能力。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2024.09.033
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研究内容
文章中开发了一种新型生物墨水，由明胶甲基丙烯酰胺（GelMA）与葡聚糖组成。GelMA提供了机械支持，而葡聚糖作为“细胞诱饵”，诱导细胞聚集形成球体，并在打印后通过去除葡聚糖生成多孔结构。验证，并将牙髓干细胞 (DPSC) 封装在水凝胶结构中，展示其在体内牙本质和新生血管样结构中的再生能力。这一策略解决了传统打印材料在可打印性和生物相容性之间的平衡难题。
虽然研究的重点是水凝胶生物打印，但其方法论和技术亮点同样适用于陶瓷3D打印。以下几点尤为重要：
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浆料配方优化：陶瓷浆料需要兼具光固化性和优异的分散均匀性，这与生物墨水对材料流变性能的要求类似。通过调整材料之间的相互作用（如葡聚糖的诱导作用），可以开发出更适合高精度陶瓷打印的浆料。
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多孔结构设计：文章通过去除葡聚糖生成的孔隙结构，促进了细胞的营养交换和生长。类似地，在陶瓷打印中，这种多孔设计可用于优化过滤器和生物医疗植入物的功能。
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复杂结构制造：DLP技术在微结构制造上的优势可用于打印内部通道复杂的陶瓷零件，如用于流体动力学实验的精密设备或航空航天领域的陶瓷喷嘴。
△图1，生物墨水组成与孔隙形成过程。
△图2，DLP打印不同形状与结构模型。
△图3，干细胞球体形成与细胞活性分析。
△图4，血管生成实验和组织染色结果。
△图5，牙髓-牙本质复合体再生组织的详细观察。
结论
在本研究中，作者证明了细胞浓缩生物墨水适用于支持基于DLP的组织结构生物打印，并原位形成干细胞球体。开发的生物墨水已被证明有助于制造高性能水凝胶结构，显著提高细胞活力，同时保持其结构复杂性和保真度。此外，这些结构有效地将嵌入的细胞集中在葡聚糖相内。受弯曲形态和高细胞密度影响的干细胞倾向于聚集成球体，从而导致干性和分化潜力增强。此外，我们的水凝胶已证明具有支持体内血管化和再生牙本质的能力。基于这些数据，我们提出了一种简便实用的策略，通过使用细胞浓缩生物墨水原位诞生干细胞球体生物打印水凝胶组织结构，在组织工程和再生医学中显示出巨大的潜力。
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