近日，中國科學院深圳先進技術研究院醫藥所人體組織與器官退行性研究中心副研究員阮長順課題組、研究員潘浩波課題組與北京積水潭醫院教授陳大福合作在生物打印墨水及組織修復功能支架構建領域獲得新進展。該研究基于海藻酸鹽/聚賴氨酸基新型聚電解質生物墨水開展，成功突破了傳統海藻酸鹽基-鈣離子打印墨水體系的不穩定且生物活性差等應用瓶頸。相關研究成果以3D Printing of Mechanically Stable Calcium Free Alginate based Scaffolds with Tunable Surface Charge to Enable Cell Adhesion and Facile Biofunctionalization（《3D打印電荷可調控且力學性能穩定的非鈣離子交聯海藻酸基支架用于促進細胞黏附和支架功能化》）為題發表在Advanced Functional Materials（《先進功能材料》，2019， DOI：10.1002/adfm.201808439）上。退行性中心研究助理林子鋒為論文第一作者。
生物打印(3D Bioprinting)技術的快速發展使得體外器官重建成為可能。打印材料（通常稱為打印墨水）在生物打印過程扮演著重要作用，決定了生物打印工藝及打印后產品性能與應用潛力。為了滿足器官重建臨床需求，開發兼具可打印性、優異成型性能和生物相容性以及功能化的生物墨水具有很大的研究價值與意義。阮長順課題組在打印墨水前期研究中，實現骨誘導型功能生物墨水（Advanced Science，2018）、高強度水凝膠墨水構建骨/軟骨一體化修復支架（Advanced Functional Materials，2018；ACS Biomaterials Science & Engineering，2017）等。
海藻酸鹽是聚陰離子型多糖，能與鈣離子等陽離子快速交聯成型，具有優異的打印性能，因此是目前生物打印最常用的生物墨水之一。但該傳統體系所構建支架力學穩定性差和生物活性弱，嚴重限制了其臨床應用。針對此問題，團隊首次提出基于海藻酸鹽/聚賴氨酸基新型聚電解質生物墨水，在富含氨基的聚賴氨酸與海藻酸鹽上的羧基電荷吸引作用下，可在常態中實現大尺寸自支撐結構支架的打印。通過進一步對支架進行交聯，實現支架表面電荷可調控性，避免使用鈣離子作為交聯劑，并且提高了支架長期的穩定性。基于可調控的支架表面電荷，海藻酸鹽/聚賴氨酸支架不僅促進了細胞的黏附，而且實現了多種活性因子的吸附和緩釋，體外細胞實驗證實了負載的細胞外基質或生長因子能夠顯著提高海藻酸鹽的生物活性。
該項目獲得國家重點研發計劃、國家自然基金及廣東省特支計劃等的資助。
海藻酸鹽/聚賴氨酸生物墨水生物打印示意圖
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