上海科研团队成功研发新型“生物墨水”，可用于组织器官体外生物打印

最新 2 月 19 日消息，据上海儿童医学中心官方消息，近日，国家儿童医学中心（上海）、上海交通大学医学院附属上海儿童医学中心付炜、王伟团队联合东华大学游正伟教授团队在权威期刊《Matter》（IF＝19.967）在线发表了题为"Intrinsically Cryopreservable Bacteriostatic Durable Glycerohydrogel Inks for 3D Bioprinting"（可直接细胞冻存的抑菌 3D 生物打印甘油水凝胶墨水）的研究成果。该论文首次提出了将甘油用于调控"自由水"状态进而合成甘油水凝胶生物墨水的概念，并证实了该生物墨水具有抑菌性、形状保真、适合 3D 生物打印和细胞冻存保护等一系列特性，具有广泛的生物医学应用前景。

最新了解到，3D 生物打印能够制备不同形态、不同细胞成分的 3D 组织模型，因此在生物医学应用中发挥着越来越重要的作用，被广泛应用于再生医学、疾病建模和药物筛选等领域。生物墨水是实现 3D 生物打印的关键。水凝胶凭借着优异的生物相容性以及能够模拟细胞外基质的特点，成为了常用的生物墨水材料之一。以往对水凝胶生物墨水的研究主要聚焦于 3D 生物打印后组织的细胞相容性和细胞存活率。此外，普通水凝胶生物墨水客观上为细菌繁殖提供了潮湿和封闭的环境，所含有的水分也容易蒸发。目前，3D 生物打印仍面临以下挑战：(1) 生物墨水的抑菌能力差；(2) 3D 打印组织难以长期形状保真；(3) 3D 打印组织的冷冻保存效果不佳。因此，对于生物打印的实际应用，亟需建立一种新的生物墨水体系。

上海儿童医学中心与东华大学合作开发了一种多功能甘油水凝胶作为生物墨水来逐条解决上述问题。关键步骤在于使用了甘油来调节生物墨水中"水"的状态。甘油水凝胶中有限的"自由水"不利于细菌繁殖，能够显著抑制大肠杆菌和霉菌的生长。通过 3D 打印制备的甘油水凝胶支架也能够通过抑制"水"的蒸发来维持形状保真度，且甘油水凝胶中的细胞比普通水凝胶中的细胞表现出更高的活性。此外，因为甘油水凝胶中的大部分水都结合在一起，进而抑制了结晶，所以打印的组织可以直接冷冻保存而无需添加冷冻保护剂。与现有的基于水凝胶的生物墨水相比，甘油水凝胶生物墨水具有更多的优越性，在生物医学应用领域无疑具有更为广阔的前景。

上海儿童医学中心儿科转化医学研究所 PI、副研究员付炜表示，本项研究具有良好的转化应用前景，未来可利用该生物墨水进行多种组织器官的体外生物打印。另外，由于该水凝胶系统兼具抗菌、形态维持及细胞保护功能，也可用于体内细胞治疗，帮助提高细胞驻存率，更好地发挥治疗作用。