3D打印器官神奇助手？水凝胶生物墨水，为再生医学研究拓宽前景

近日，国家儿童医学中心（上海）、上海交通大学医学院附属上海儿童医学中心付炜、王伟团队联合东华大学游正伟教授团队在权威期刊《Matter》（影响因子19.967）在线发表研究成果，该论文首次提出将甘油用于调控“自由水”状态进而合成甘油水凝胶生物墨水的概念，并证实了该生物墨水具有抑菌性、形状保真、适合3D生物打印和细胞冻存保护等一系列特性，具有广泛的生物医学应用前景。

3D生物打印能制备不同形态、不同细胞成分的3D组织模型，因此在生物医学应用中发挥着越来越重要的作用，被广泛应用于再生医学、疾病建模和药物筛选等领域。

生物墨水是实现3D生物打印的关键。水凝胶凭借着优异的生物相容性以及能模拟细胞外基质的特点，成为了常用的生物墨水材料之一。总的来说，目前3D生物打印面临诸多挑战，包括生物墨水的抑菌能力差、3D打印组织难以长期形状保真、3D打印组织的冷冻保存效果不佳。对生物打印的实际应用，亟需建立一种新的生物墨水体系。

上海儿童医学中心与东华大学合作开发了一种多功能甘油水凝胶作为生物墨水来逐条解决这些问题。关键步骤中，科研人员使用甘油来调节生物墨水中“水”的状态。甘油水凝胶中有限的“自由水”不利于细菌繁殖，能显著抑制大肠杆菌和霉菌的生长。通过3D打印制备的甘油水凝胶支架也能通过抑制“水”的蒸发来维持形状保真度，且甘油水凝胶中的细胞比普通水凝胶中的细胞表现出更高的活性。

此外，因为甘油水凝胶中的大部分水都结合在一起，进而抑制了结晶，所以打印的组织可以直接冷冻保存，而无需添加冷冻保护剂。与现有的基于水凝胶的生物墨水相比，甘油水凝胶生物墨水具有更多优越性，在生物医学应用领域具有更广阔的前景。

上海儿童医学中心儿科转化医学研究所PI、副研究员付炜表示，本项研究具有良好的转化应用前景，未来可利用该生物墨水进行多种组织器官的体外生物打印。另外，由于该水凝胶系统兼具抗菌、形态维持及细胞保护功能，也可用于体内细胞治疗，帮助提高细胞驻存率，更好发挥治疗作用。

付炜和王伟教授团队长期致力于mRNA、生物材料与干细胞在心脏等各种组织修复再生方向的研究，近三年在顶尖期刊发表系列论文，并获多个国家自然科学基金项目资助。

该论文第一作者为上海儿童医学中心心胸外科研究生刘明璐，共同第一作者为东华大学研究生姜思涵，共同通讯作者为上海儿童医学中心儿科转化医学研究所副研究员付炜、心胸外科主任医师王伟及东华大学游正伟教授。

作者：唐闻佳 姜蓉

编辑：唐闻佳