目的:探討應用低溫3D打印制作的明膠甲基丙烯酰胺（gelatin methacrylamide,GelMA）支架能否構建高質量組織工程軟骨。方法:經(jīng)預冷處理后,利用低溫沉積3D打印技術制備低濃度GelMA支架。大體觀察、掃描電鏡觀察支架宏觀、微觀結構,并對水凝膠進行流變學和生物力學檢測,以DMEM培養(yǎng)液培養(yǎng)大鼠骨髓間充質干細胞作為對照,細胞增殖（CCK-8法）和細胞活性（Live/Dead染色法）檢測支架生物相容性,組織學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、阿利新藍染色、番紅染色評估軟骨細胞外基質結構。結果:大體觀察和掃描電鏡觀察示5%GelMA支架孔徑均一,結構規(guī)整。與純GelMA相比,添加細胞的支架力學強度稍強。骨髓間充質干細胞能在支架上黏附并增殖。體內(nèi)體外組織學染色均表明構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。結論:5%GelMA生物墨水可以在低溫條件進行3D打印并成功構建組織工程軟骨。 

【文章來源】：南京醫(yī)科大學學報(自然科學版). 2020,40(04)北大核心CSCD

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【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，可以單獨進行生物打印[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%）會導致水凝膠內(nèi)部網(wǎng)絡高度交聯(lián)，從而限制種子細胞的遷移和增殖，抑制營養(yǎng)吸收和產(chǎn)物交換，對種子細胞的生物學行為產(chǎn)生負面影響[15]。Levett等[14]使用5%、10%、15%3種濃度GelMA分別裝載細胞，發(fā)現(xiàn)5%GelMA可最大程度保證細胞活力，但無法打印出穩(wěn)定的微纖維。然而，本研究通過低溫打印，實現(xiàn)了低濃度、高細胞活力、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強度，使其滿足組織工程軟骨支架的力學要求。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GelMA成凝膠狀態(tài)。再將打印機噴頭設置為22℃，最后在3℃的平臺上打印出穩(wěn)定的微纖維立體結構。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】：
期刊論文
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本文編號：3577964