近年来,复杂结构的3D生物打印引起了特别的关注,并已在牙科、制药技术、医疗设备和组织/器官工程等多个领域进行了探索。然而,它仍然面临着由于打印时间延长导致细胞活力下降和难以保持打印形状等重大挑战。4D生物打印方法基于3D生物打印后刺激时受控的形状转变,是一种有前途的创新方法,可以克服这些困难。

    鉴于此,加兹大学Gokhan Demirel等通过在聚合物磁致动器上对基于GelMA的C2C12小鼠成肌细胞生物墨水进行3D生物打印,证明了骨骼肌组织样复合结构的生成,该致动器可在磁场下实现按需形状转换(即滚动运动),并且生物打印支架以展开(打开作为对照)和卷起形式使用。

本文要点:

(1)作者通过甲基丙烯酸酯化反应(GelMA)使明胶具有光交联性,并通过与海藻酸盐混合来控制其粘度,随后通过海藻酸盐裂解酶处理去除海藻酸盐,从而可以微调生物墨水的可打印性以及细胞活力。

(2)分化不仅取决于高细胞群密度,还取决于狭窄区域内的限制。在初始细胞群相对较少的图案上观察到更多肌管状结构意味着狭窄区域内的空间限制和细胞间相互作用显著促进肌管形成。

(3)作者引入了一种独特的方法,将四维(4D)概念融入GelMA支架,开发了磁响应平台,能够在3D打印后诱导非侵入性形状转变。并且,作者通过改变磁场来操纵支架的几何结构,成功制造出一种卷曲结构,模仿天然肌肉组织中的分层结构。GelMA支架的这种动态行为为组织工程方法提供了额外的控制和功能,可实现在卷曲结构内排列和组织细胞,从而创造有利于细胞间相互作用和组织分化的环境。   



总之,这项研究中展示的磁驱动可以设计为可重复的自切换系统,以非侵入方式改变形状,从而可用于机械传导研究。并且,对这一概念的进一步探索可能导致制造更复杂和功能更强大的组织结构,最终推动再生医学领域的发展。



文章来源:

https://doi.org/10.1002/admt.202400119

作者 zhiyongz

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