使用 κ-角叉菜胶亚微凝胶培养基对组织样结构进行嵌入式生物打印

组织工程支架，包括静电纺丝纤维、多孔海绵和聚合物水凝胶，通过提供支持细胞生长、组织再生和器官功能恢复的结构框架，在受损组织和器官的修复和重建中发挥关键作用 ^1,2,3.然而，传统支架在准确复制天然组织结构方面遇到了挑战，导致工程组织和天然组织不匹配。这种限制阻碍了缺陷组织的有效愈合，强调了支架设计进步以实现更准确的仿生学的迫切需求。三维 （3D） 生物打印是一种创新的制造技术，它使用生物材料墨水和细胞逐层精确构建复杂的生物组织结构⁴。在各种生物材料中，聚合物水凝胶成为理想的生物墨水，其独特的网络有助于细胞的原位封装，并关键地支持其生长 ^5,6。然而，当用作生物墨水时，许多柔软且高度水合的水凝胶在打印过程中往往会诱导打印的支架结构模糊或快速塌陷。为了应对这一挑战，嵌入式 3D 生物打印技术采用微凝胶浴作为支撑材料，可实现精确的软生物墨水沉积。水凝胶生物墨水凝胶化后，通过去除微凝胶浴获得具有复杂结构的精制仿生支架。明胶 ^7,8、琼脂糖⁹ 和结冷胶^10,11 等材料已被用于制造用于嵌入式 3D 生物打印的微凝胶浴，显着推动了软水凝胶在组织工程中的应用。然而，这些颗粒凝胶的微米级和不均匀粒径会对 3D 打印的分辨率和保真度产生不利影响 12,13,14。迫切需要制造一种具有小而均匀分散颗粒的凝胶状悬浮浮子，为实现高保真生物打印提供优势。

在该协议中，提出了一种具有均匀亚微米级的新型牺牲颗粒 κ-卡拉胶悬浮浴，用于嵌入式 3D 打印。这种快速干扰-去干扰过渡的创新亚微凝胶浴行为有助于精确制造具有高结构保真度的仿生水凝胶支架¹⁵。利用这种新的悬浮培养基，采用由甲基丙烯酸明胶和甲基丙烯酸丝纤维组成的复合生物墨水，成功打印了一系列具有多层组织结构的仿生组织和器官构建体。在这项研究中，我们选择食管作为 3D 生物打印仿生对象，主要是因为食管不仅具有多层组织结构，而且其肌肉层表现出内部圆形和外部纵向复杂的分层结构。确保这些层的正确对齐和组织对于功能性组织再生至关重要。因此，我们非常希望复制食道的多层结构。更重要的是，我们利用 κ-角叉菜胶亚微凝胶作为悬浮浴，使用 GelMA/SFMA 作为生物墨水来设计和构建用于组织工程的仿生支架。打印的食管可以通过反复磷酸盐缓冲盐水清洗轻松释放。此外， κ-角叉菜胶亚微凝胶浴不含细胞毒性物质，可确保高细胞相容性¹⁵。加载在各向异性支架内的平滑肌细胞表现出显着的扩散活性。这种均匀的亚微凝胶悬浮培养基为通过嵌入式 3D 生物打印制造复杂组织和器官提供了一条新途径。