維多利亞大學(xué)ACS Biomaterials：利用計算模型的洞察力對可光交聯(lián)的生物墨水進(jìn)行微...

光交聯(lián)水凝膠前體的三維（3D）生物打印在各種組織工程和藥物篩選應(yīng)用中引起了極大的興趣，因為由此產(chǎn)生的水凝膠結(jié)構(gòu)的生物化學(xué)和生物物理特性可以在時空上進(jìn)行調(diào)整，為細(xì)胞提供生理上相關(guān)的微環(huán)境。

特別是，這些生物匯受益于巨大的生物功能多樣性，可以被設(shè)計為引導(dǎo)細(xì)胞走向所需行為。盡管在該領(lǐng)域取得了重大進(jìn)展，但低聚合物濃度的帶細(xì)胞的光交聯(lián)生物匯的3D打印仍然是一個挑戰(zhàn)，因為快速穩(wěn)定這些生物匯并將其轉(zhuǎn)化為水凝膠絲受到了它們低粘度的阻礙。

此外，由于三維生物打印設(shè)置中涉及大量的打印參數(shù)，達(dá)到一個優(yōu)化的打印條件往往是一個挑戰(zhàn)。因此，計算模型有時被用來了解各種打印參數(shù)的影響，并減少在實驗環(huán)境中確定這些影響所需的時間和資源。

在本輪研究中，報告了一種新的3D生物打印策略，用于制造明膠甲基丙烯酰（GelMA）的水凝膠纖維結(jié)構(gòu)，對聚合物濃度有卓越的控制，特別是在相對較低的1%（w/v）至6%（w/v）范圍內(nèi)，使用微流控打印頭。該打印頭的特點是同軸的芯鞘流，加上一個光交聯(lián)系統(tǒng)，允許GelMA的原位交聯(lián)和水凝膠絲的生成。

圖S1.  GelMA和甘油溶液的粘度變化

此外，研究人員開發(fā)了一個計算模型，以確定工藝參數(shù)的最佳范圍，并表征同軸流的擴散和流體動力學(xué)行為。這套生物制造系統(tǒng)的細(xì)胞相容性是通過生物打印含有U87-MG細(xì)胞的帶細(xì)胞的生物匯來確定的。值得注意的是，從計算建模到生物打印的既定管道具有巨大的潛力，可以應(yīng)用于廣泛的光交聯(lián)生物匯，生成具有各種材料和細(xì)胞特征的活體組織。

圖S2. 噴嘴中GelMA濃度的測定。 (A）為了實驗研究GelMA在同軸流中的擴散，在熒光顯微鏡下，將已知聚合物濃度的FITC結(jié)合的GelMA溶液在噴頭噴嘴中運行，并在Z=4毫米處捕捉圖像（比例尺=500米）。B)使用ImageJ，確定圖像的灰度強度并用于得出標(biāo)準(zhǔn)曲線，將灰度強度與GelMA濃度聯(lián)系起來。實線表示平均值，虛線表示95%的置信區(qū)間，n = 5。 C) 圖3A中所示的三種不同流速條件下的實驗濃度和灰度強度曲線。實線表示平均值，虛線表示標(biāo)準(zhǔn)偏差，n = 3

相關(guān)論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsbiomaterials.1c00084