目的:探討應(yīng)用低溫3D打印制作的明膠甲基丙烯酰胺（gelatin methacrylamide,GelMA）支架能否構(gòu)建高質(zhì)量組織工程軟骨。方法:經(jīng)預(yù)冷處理后,利用低溫沉積3D打印技術(shù)制備低濃度GelMA支架。大體觀察、掃描電鏡觀察支架宏觀、微觀結(jié)構(gòu),并對水凝膠進(jìn)行流變學(xué)和生物力學(xué)檢測,以DMEM培養(yǎng)液培養(yǎng)大鼠骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞作為對照,細(xì)胞增殖（CCK-8法）和細(xì)胞活性（Live/Dead染色法）檢測支架生物相容性,組織學(xué)染色定性分析支架成分。裸鼠皮下包埋支架,蘇木素-伊紅（HE）染色、阿利新藍(lán)染色、番紅染色評估軟骨細(xì)胞外基質(zhì)結(jié)構(gòu)。結(jié)果:大體觀察和掃描電鏡觀察示5%GelMA支架孔徑均一,結(jié)構(gòu)規(guī)整。與純GelMA相比,添加細(xì)胞的支架力學(xué)強(qiáng)度稍強(qiáng)。骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞能在支架上黏附并增殖。體內(nèi)體外組織學(xué)染色均表明構(gòu)建的組織工程軟骨在大小、色澤、氨基葡糖聚糖分泌等方面均滿足組織工程軟骨要求。結(jié)論:5%GelMA生物墨水可以在低溫條件進(jìn)行3D打印并成功構(gòu)建組織工程軟骨。 

【文章來源】：南京醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2020,40(04)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

3D打印GelMA支架大體圖（A）及支架凍干樣品SEM分析圖（B，×70)

GelMA作為一種新型水凝膠，可以單獨(dú)進(jìn)行生物打印[14]。但為滿足生物墨水的雙態(tài)性，GelMA的使用濃度通常高于10%[10]。而Gu等[13]發(fā)現(xiàn)過高濃度的GelMA(>10%）會導(dǎo)致水凝膠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)高度交聯(lián)，從而限制種子細(xì)胞的遷移和增殖，抑制營養(yǎng)吸收和產(chǎn)物交換，對種子細(xì)胞的生物學(xué)行為產(chǎn)生負(fù)面影響[15]。Levett等[14]使用5%、10%、15%3種濃度GelMA分別裝載細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)5%GelMA可最大程度保證細(xì)胞活力，但無法打印出穩(wěn)定的微纖維。然而，本研究通過低溫打印，實(shí)現(xiàn)了低濃度、高細(xì)胞活力、高分辨率的生物墨水打印。GelMA是一種溫敏材料。在特定溫度以下，GelMA由液態(tài)變?yōu)槟z態(tài)。但此過程具有可逆性，當(dāng)溫度上升，其又可變?yōu)橐簯B(tài)。另外，GelMA還是一種雙鍵改性后的明膠，它會在光引發(fā)劑作用下發(fā)生紫外光交聯(lián)并進(jìn)一步固化[16]，且該過程是不可逆的。這一變化大幅度提高了支架的力學(xué)強(qiáng)度，使其滿足組織工程軟骨支架的力學(xué)要求。在打印過程中，我們首先將GelMA溶液加入料筒內(nèi)并放于0℃，利用低溫誘導(dǎo)GelMA成凝膠狀態(tài)。再將打印機(jī)噴頭設(shè)置為22℃，最后在3℃的平臺上打印出穩(wěn)定的微纖維立體結(jié)構(gòu)。若樣品溫度持續(xù)回升，生物墨水會由凝膠態(tài)變回液態(tài)，所以，我們在打印后立刻采用紫外光交聯(lián)，使得GelMA水凝膠充分固化。從流變力學(xué)的檢測中也可確定，打印前GelMA的儲能模量小于損耗模量，打印后儲能模量大于損耗模量。因此，利用低溫打印的方法就可以實(shí)現(xiàn)5%GelMA的可打印性。此外，本研究發(fā)現(xiàn)通過短時間紫外照射，不僅保留了種子細(xì)胞的活力，而且使得組織工程軟骨支架具有一定的生物力學(xué)和較高的打印分辨率。

GelMA溶液的溫敏特性及5%GelMA的壓縮性能表征

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：3577964