自组装与扩散联合？生物打印如何打造复杂管道结构？

扩散基生物打印技术在构建具有复杂结构和功能性的组织构建物方面展现出巨大潜力，其中生成自支撑可灌注结构是其中最引人注目的应用之一。这类结构能够模拟人体内各种管道系统，例如血管、淋巴管和胃肠道，并具有以下特点：

自支撑性：无需外部支撑，能够保持稳定的结构和形状。

可灌注性：允许流体（如血液、淋巴液或消化液）在其中流动，模拟真实体内的生理功能。

复杂性和定制性：能够根据特定的需求设计不同的形状、尺寸和孔径，以模拟不同的管道系统。

1. 同轴打印可灌注通道

同轴打印是一种利用同轴喷嘴同时挤出两种不同材料的生物打印方法，其中一种是含有交联剂的溶液，另一种是水凝胶前驱体。通过这种方式，可以生成具有空腔的通道结构，并在通道壁上形成稳定的交联层。

Alginate 钙离子交联：最常见的同轴打印策略是使用 Alginate 生物墨水作为壳层，并使用含有钙离子的溶液作为核心层。在打印过程中，钙离子会通过扩散进入 Alginate 壳层，并与其发生离子交联，从而形成稳定的通道结构。

牺牲核心策略：可以将细胞和交联剂一起封装在牺牲核心中，然后在壳层中形成水凝胶。在培养过程中，牺牲核心会逐渐降解，而水凝胶会保持稳定，从而形成包含细胞的管道结构。

2. 扩散诱导界面凝胶化

扩散诱导界面凝胶化是一种利用扩散原理在打印结构与周围环境之间产生界面凝胶化的生物打印方法。这种方法可以避免使用同轴喷嘴，并且能够生成具有复杂形状和定制孔径的管道结构。

界面扩散：可以将含有光引发剂的水凝胶前驱体挤出，并在其周围放置含有钙离子的溶液。在打印过程中，光引发剂会扩散到水凝胶前驱体中，并在光照下引发光聚合反应，从而形成稳定的管道结构。

界面凝胶化：可以将含有光引发剂的水凝胶前驱体挤出，并在其周围放置含有其他凝胶前驱体的溶液。在打印过程中，光引发剂会扩散到凝胶前驱体中，并在光照下引发光聚合反应，从而形成包含不同凝胶前驱体的管道结构。

3. 自组装和扩散联合

自组装和扩散联合是一种利用自组装和扩散原理来构建具有复杂结构和功能性管道结构的生物打印方法。

石墨烯氧化物（GO）和 ELK1：可以将含有 ELK1 的生物墨水挤出，并在其周围放置含有 GO 的溶液。GO 会与 ELK1 发生自组装，形成多层膜结构，从而形成具有复杂形状的管道结构。

PLL 和 oxBC：可以将 PLL 生物墨水挤出，并在其周围放置含有 oxBC 纳米纤维素的溶液。PLL 会与 oxBC 发生复合凝聚，形成具有特定孔径的管道结构，并允许内皮细胞在其上形成连续的单层。

4. GUIDE-3DP策略

GUIDE-3DP 策略是一种利用牺牲墨水和凝胶前驱体来构建复杂分支网络结构的生物打印方法。

牺牲墨水：使用含有交联剂反应引发剂的牺牲墨水挤出，并在其周围放置含有凝胶前驱体的溶液。

交联剂扩散：反应引发剂会扩散到凝胶前驱体中，并引发交联反应，从而在墨水周围形成具有特定孔径的管道结构。

牺牲墨水去除：在交联反应完成后，可以通过溶解牺牲墨水来去除它，从而留下一个自支撑的管道结构。

总结

扩散基生物打印技术在构建自支撑可灌注结构方面展现出巨大的潜力。通过同轴打印、扩散诱导界面凝胶化、自组装和扩散联合以及 GUIDE-3DP 策略等方法，可以制造出具有不同形状、尺寸和孔径的管道结构，并模拟真实体内的生理功能。随着技术的不断发展和完善，扩散基生物打印技术将在组织工程和再生医学领域发挥越来越重要的作用，并为人类健康事业做出更大的贡献。

参考文献

Cai B, et al. Diffusion-Based 3D Bioprinting Strategies. Adv Sci (Weinh). 2024 Feb;11(8):e2306470.