納米多孔PEGDA 墨水，用于3D打印器官芯片

來源： EFL生物3D打印與生物制造

器官芯片 (OoC) 系統(tǒng)已成為藥物研發(fā)、生理監(jiān)測和個性化醫(yī)療等各個領域的一種有前途的體外實驗替代工具。聚二甲基硅氧烷 (PDMS) 常用于器官芯片 (OoC) 系統(tǒng)，但在復制復雜幾何形狀方面存在局限性，阻礙了其在創(chuàng)建3D OoC模型方面的有效性。此外，吸收疏小水分子等其他局限性也可能導致對藥物毒性和療效的評估不準確。

近日，加拿大麥吉爾大學 David Juncker等報道了一種易于3D 打印的新型生物相容性多孔PEGDA (P-PEGDA) 墨水，并對四種不同細胞系進行了符合 ISO標準的系統(tǒng)性細胞毒性研究，細胞存活率超過80%，凸顯了P-PEGDA 在未來體外研究中的潛力。相關工作以題為“Nanoporous, Gas Permeable PEGDA Ink for 3D Printing Organ-on-a-Chip Devices”發(fā)表于《Advanced Functional Materials》上。

圖1 3D 打印工藝和墨水成分示意圖

適用于OoC 應用的墨水配方必須滿足以下標準：a) 可高分辨率3D 打印，b) 具有高透明度以用于高分辨率熒光顯微鏡，c) 透氣以用于封閉通道設備，d) 生物相容性且適合長期細胞培養(yǎng)，以及 (e) 具有足夠的細胞附著力�；�于這些標準，研究人員以PEGDA-250作為親水單體，PEG-200作為致孔劑（因為它能夠溶解在親水單體中，并從固化結(jié)構(gòu)中擴散出來，留下孔隙，它還無毒，已獲得FDA批準，并廣泛應用于生物醫(yī)學），創(chuàng)建了可以進行氧氣交換，并有助于去除3D打印結(jié)構(gòu)中的有毒和未反應成分的納米多孔油墨配方。在此基礎上，研究人員測量了不同致孔劑濃度和不同曝光時間下光的穿透深度，以優(yōu)化打印參數(shù)以實現(xiàn)Z方向的高精度。

圖2 P-PEGDA 墨水的 3D 打印性

為了使3D打印物體中形成的孔隙可視化，研究人員將打印樣品浸入水中以濾出致孔劑并在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生空隙，并使用圖像分析對孔徑分布進行了定量分析，以評估3D打印部件中孔徑與致孔劑濃度的依賴關系，與0% PEG樣品相比，當致孔劑濃度為10-30%時，平均孔徑從5nm增加到30nm。

圖3 不同濃度 PEG 致孔劑對 P-PEGDA 墨水的表征

為了進一步證明P-PEGDA墨水的優(yōu)勢，該研究還根據(jù)兩項ISO標準評估了其細胞毒性，即涉及培養(yǎng)基轉(zhuǎn)移的ISO 10993-12:2009和涉及細胞共培養(yǎng)的 ISO 10993-5:2009。ISO 10993-12:2009為確定醫(yī)療器械引起皮膚刺激的可能性提供了指導，而 ISO 10993-5:2009為確定植入物等醫(yī)療器械引起細胞毒性的可能性提供了指導。基于這些原則，研究人員們使用3D打印圓盤測量了四種細胞系的細胞活力，證實了該墨水適用于OoC應用。   

圖4 P-PEGDA 的細胞毒性和細胞附著

含有 10% 致孔劑的P-PEGDA可在保持透明度的同時促進更好的細胞粘附，研究人員在此基礎上開發(fā)了一種新穎的OoC系統(tǒng)，該模型包括一個螺旋支架，支架中央開口處填充有癌癥球體。經(jīng)過14 天的共培養(yǎng)后，該裝置顯示出球體內(nèi)顯著的內(nèi)皮細胞發(fā)芽和整合。

圖5 OoC 裝置中的細胞共培養(yǎng)

本文來源：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202315035