【导读】
生物3D打印制成的组织工程支架是实现个性化组织修复和替换的一种潜在技术，这项技术的一个难点是可降解的水凝胶材料经常由于力学性能不稳定而出现塌陷等问题。台湾大学徐善慧教授在ACS Applied Materials & Interfaces上发表的一项研究中，制备了一种新型双刺激响应型生物可降解聚氨酯分散体，利用捷诺飞研发的生物3D打印机成功进行了载细胞水凝胶支架打印。

相比于对组织工程支架进行细胞接种，载细胞水凝胶支架中细胞的分布更为均匀，以及更高的含水量和生物相容性。可降解的聚氨酯材料被广泛应用于组织工程支架的制作。

其中，热敏性聚氨酯在接近体温的温度发生相变，因此不会对细胞造成损伤，但其机械性能影响了材料的挤出和支架的结构。光敏性聚氨酯则因其固化过程中紫外线的照射影响细胞的活性而少用于载细胞支架的打印。

徐教授的团队研发的聚氨酯材料同时具备光敏和热敏两种性质，使得打印的支架在结构更为稳固的同时提升了细胞的存活率和分化能力。这种双响应聚氨酯水分散体可先后发生两步不同机理的固化：首先，末端HEMA基团在紫外光照和光引发剂作用下交联，形成初步交联固化；而后，在37℃下聚氨酯的软段通过粒子间相互结合，发生溶胶-凝胶转变固化。

图3中对比了双响应聚氨酯材料（PUA3）和热敏聚氨酯材料（DL20）中神经干细胞（NSC）在14天的培养过程中的存活率和增殖率，观察可得双响应聚氨酯材料更有益于细胞的生长。
荧光显微镜的结果显示在双响应聚氨酯材料中的细胞在生长过程中呈球形，并且在培养的前七天呈增长趋势。


图4中展示了NSC细胞在不同支架中的基因表达情况，并且由接种细胞的TCPS支架作为对照组。结果显示，不同基因的增加/衰减程度均依照PUA3＞DL20＞TCPS的顺序排布，证实双响应聚氨酯材料更易于激发细胞的分化和蛋白表达等活动。

综上，这项工作为3D打印载细胞水凝胶支架提供了新的解决方案，通过双响应聚氨酯材料加强了水凝胶支架的力学性能，并通过对NSC细胞的培养证实这种新型的支架更利于细胞的生存和基因表达。

相关文章：ACS applied materials & interfaces 10.35 (2018): 29273-29287.



本文采用捷诺飞研发的生物3D打印工作站Bio-Architect^® WS对载细胞水凝胶材料进行打印。Bio-Architect^® WS兼容多种打印喷头和成型平台，为每个打印步骤提供最佳条件，拓宽打印材料范围。可打印材料包括：细胞系和细胞株、天然生物材料、高分子材料、生物无机材料等。

生物3D打印工作站Bio-Architect^® WS