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  三維打印(3D Printing)技術(shù)的出現(xiàn)使得個性化組織工程支架成為可能。盡管三維打印支架已經(jīng)取得了很大的成果，在支架的大尺寸打印和功能化上仍然存在較大的挑戰(zhàn)，主要是缺乏合適功能化生物墨水。為了滿足個性化醫(yī)療的需求，開發(fā)兼具可打印性、優(yōu)異成型性能和生物相容性以及易功能化的生物墨水具有很大的研究價值與意義。海藻酸鹽是線性聚陰離子型多糖，具有優(yōu)異的打印性能和與鈣離子快速交聯(lián)成型性能，同時較好的生物相容性有利于包載細胞，海藻酸鹽是三維打印領(lǐng)域構(gòu)建生物墨水最為常用的材料之一。與鈣離子快速結(jié)合是海藻酸鹽的優(yōu)點但其也存在不足，鈣離子在生理環(huán)境下容易與其他單價離子發(fā)生置換，從而破壞了支架的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，最終導致支架坍塌。海藻酸鹽雖然具有較好的生物相容性，但是海藻酸鹽的生物活性較低，限制了海藻酸鹽在三維打印中的應用。

  中國科學院深圳先進技術(shù)研究院阮長順副研究員團隊、潘浩波研究員團隊聯(lián)合北京積水潭醫(yī)院陳大福教授團隊針對這一問題，使用聚賴氨酸改善海藻酸鹽的缺點，制備了一系列海藻酸鹽/聚賴氨酸基聚電解質(zhì)生物墨水，實現(xiàn)了常態(tài)下大尺寸和功能化組織工程支架構(gòu)建。該工作以“3D Printing of Mechanically Stable Calcium Free Alginate based Scaffolds with Tunable Surface Charge to Enable Cell Adhesion and Facile Biofunctionalization”為題發(fā)表在材料領(lǐng)域優(yōu)秀期刊《Advanced Functional Materials》（IF=13.325）上。論文的第一作者為阮長順課題組研究助理林子鋒，通訊作者為阮長順副研究員，潘浩波研究員和陳大福教授。同時本研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國自然基金及廣東省特支計劃等基金資助。

  聚賴氨酸作為一種富含氨基的天然聚氨基酸，能夠與海藻酸鹽的羧基發(fā)生電荷相互作用，從而提高生物墨水的打印穩(wěn)定性并實現(xiàn)大尺寸支架打印（圖一）。聚電解質(zhì)生物墨水模擬了細胞外基質(zhì)的構(gòu)成，通過調(diào)控打印后支架的電荷能夠?qū)崿F(xiàn)促進干細胞在支架表面黏附和負載及緩釋各種生物活性因子如硫酸軟骨素和血管內(nèi)皮細胞生長因子（VEGF）（圖二）。細胞實驗證明了固定的硫酸軟骨素促進了干細胞成軟骨基因的表達以及促進了二型膠原的大量分泌。而血管內(nèi)皮細胞生長因子的緩慢釋放促進了干細胞血管分化相關(guān)基因的表達。

圖一 A：海藻酸鹽/聚賴氨酸在水中的穩(wěn)定性表征；B：三維打印大尺寸自支撐結(jié)構(gòu)

圖二 A1, A2：不同濃度硫酸軟骨素的吸附量和釋放曲線；B1, B2：血管內(nèi)皮細胞生長因子的吸附量和釋放曲線

  阮長順副研究員課題組致力于開展生物打印與醫(yī)用材料相關(guān)研究，并取得一定研究進展，包括實現(xiàn)骨誘導型功能生物墨水（Advanced Science，2018）、高強度水凝膠墨水構(gòu)建骨/軟骨一體化修復支架（Advanced Functional Materials，2018； ACS Biomaterials Science & Engineering，2017）等。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.201808439