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    近紅外光交聯水凝膠用于活體生物3D打印

    2020-08-27

    近紅外光交聯水凝膠用于活體生物3D打印


    河南3D打印由于打印精度高、速度快,光固化3D打印成為組織再生等醫學研究的有利工具,然而由于現在光固化3D打印普遍采用波長較短的光源,對組織損害較大且穿透力不高,這大大限制生物體內3D打印的發展。近,來自意大利帕多瓦大學的Nicola Elvassore團隊在Nature Biomedical engineering上發表題為“Intravital three-dimensional bioprinting”文章,提出了一種活體生物3D打印方法。他們開發的光敏水凝膠HCC通過生物正交雙光子環加成法,可以在大于850nm的波長下交聯,可實現在活小鼠的組織內制造復雜組織結構。


    如圖1所示,他們選擇香豆素衍生物作為光敏交聯基團(HCC)。當暴露于在近紅外光的雙光子激發下時,香豆素衍生物有可以發生[2+2]環加成反應,從而使水凝膠發生交聯固化,這種方式大大增強了對生物組織的穿透能力。同時由于香豆素介導的環加成沒有自由基的產生,從避免對活組織的損害。

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    河南3D打印用于活體生物3D打印的可注射HCC共軛聚合物合成原理作者通過一系列的表征手段來展示光敏水凝膠HCC獨特的理化性質,結果表明,通過使用HCC聚合物溶液的紅外光介導的光學交聯,可以生產具有3D定位、微米分辨率和可調機械剛度的3D水凝膠。


    為了驗證活體生物打印的可行性,隨后作者在小鼠的皮膚上進行了3D打印實驗。使用雙光子顯微鏡將HCC聚合物溶液暴露于聚焦脈沖近紅外激光(λ= 850 nm)中。結果表明,在肌纖維表面制造3D水凝膠不會明顯改變總體肌纖維形態和結締組織完整性,且水凝膠僅在進行光反應的區域形成,可以進行3D打印。


    后作者研究了該方法在生物組織中打印的可行性。通過在HCC明膠溶液中負載纖維細胞和MuSCs,來驗證生物打印是否可以促進骨骼肌的新生形成。結果表明,在小鼠后肢肌肉外膜下對供體肌肉來源的干細胞進行活體3D生物打印,可導致小鼠肌纖維的新生形成。


    該研究證實了近紅外光激發下進行活體生物3D打印的可行性。這種活體3D生物打印不會對生物組織造成傷害且具有非常高的組織穿透能力,可以利用常用的多光子顯微鏡對生物打印結構進行定位,使活鼠組織內部的復雜結構得以制造,包括真皮、骨骼肌和大腦。


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