基于溫敏性水凝膠的工程微尺度血管網絡制造

來源：上海第九人民醫(yī)院

長期以來，精確制造微尺度血管網絡（Microscale Vasculatures, MSVs）一直是組織工程學中尚未解決的挑戰(zhàn)。當前，光輔助3D打印是最常見的方法。然而，這種方法通常包含復雜的制造過程，制造成本較高，且需要與特定的光敏材料配合使用。上海交通大學醫(yī)學院附屬第九人民醫(yī)院骨科王金武主任醫(yī)師、戴尅戎院士團隊針對生物3D打印制造過程快速簡單、成本較低、不受材料來源限制的MSVs制造方法進行了研究探索，采用溫敏性水凝膠PNIPAM（聚（N-異丙基丙烯酰胺））和生物相容性GelMA（甲基丙烯酸化明膠），在37℃下，利用PNIPAM的體積收縮，有效誘導更小尺寸MSVs的制造。

王金武主任醫(yī)師介紹，組織工程血管網絡生物3D打印制造已經取得了較大進展，但管徑介于50μm和300μm之間的血管網絡的制造還存在技術弊端。PNIPAM被廣泛用來制備脫細胞基質、藥物緩釋微球、軟體機器人，當環(huán)境溫度低于其轉變溫度時，PNIPAM表現(xiàn)出親水性；當環(huán)境溫度高于其轉變溫度時，PNIPAM表現(xiàn)出疏水性，導致體積收縮。利用PNIPAM的體積收縮功能，可在較易獲得的大尺寸血管網絡制造完成后，通過外界條件誘導其體積收縮，從而制造尺寸較小的MSVs。

研究圖例：a.濕紡海藻酸鈣犧牲纖維；b.基于溫敏性水凝膠的工程微尺度血管網絡生物制造過程；c.工程微尺度血管網絡與宿主組織形成連接

團隊基于此思路，對PNIPAM和GelMA組成的P/G溫敏性水凝膠進行了探索，對其體積收縮功能進行了檢測，結果表明P/G溫敏性水凝膠可在人體溫度及細胞培養(yǎng)溫度37℃實現(xiàn)體積收縮，且P/G溫敏性水凝膠在37℃水中和空氣中展現(xiàn)出不同的收縮性能；結合濕紡法制備的海藻酸鈣犧牲纖維可以制造出目標MSVs，且最小尺寸可達50μm；內皮細胞在MSVs內經培養(yǎng)后可形成內皮細胞層，骨肉瘤細胞在P/G溫敏性水凝膠響應后及培養(yǎng)期間保持較高活性；體內植入后MSVs可與宿主組織形成有效連接，所制造的MSVs為宿主血管的灌注提供了潛在部位。研究提出的MSVs制備方法擺脫了復雜的操作流程，無后處理過程，在溫和的環(huán)境下即可誘導尺寸較小的MSVs的制造，簡便快捷，誘導環(huán)境具有高度生物相容性。

團隊于2021年4月22日，在著名學術期刊《先進功能材料》（Advanced Functional Materials）在線發(fā)表了該研究成果，題為Fabrication of Thermoresponsive Hydrogel Scaffolds with Engineered Microscale Vasculatures。骨科博士后李帥為論文第一作者，研究方向為生物3D打印工藝、血管網絡制備工藝。項目依托王金武主任醫(yī)師擔任項目負責人的十三五科技部國家重點研發(fā)計劃項目“血管化仿生關節(jié)多細胞精準3D打印技術與裝備的開發(fā)及應用”。