电场辅助生物打印载细胞GelMA微球

66 Electro-Assisted Bioprinting of Low-Concentration GelMA Microdroplets.pdf

微球由于结构简单，广泛应用在生物医疗领域，诸如注射治疗、细胞三维培养、药物载体等中。基于微球构造迷你类器官一直是课题组这几年的关注重点。微球类迷你组织构建要解决两大问题：其一、找到生物学性能优异的生物水凝胶；其二、发展出基于该水凝胶的可量化稳定生产的制造工艺，毕竟如果要想后续能真正应用，必须要有量化生产的工艺。打印是一种量化生产方法，而课题组所产业化的可光固化的GelMA水凝胶也是一种性能堪比胶原及基质胶的生物水凝胶。GelMA水凝胶, 尤其是在低浓度的GelMA有无比优越的生物学性能。可惜低浓度时GelMA水凝胶粘度很低，比水高不了多少，导致其成形一直是个难点，尤其是载细胞微球的打印更是困难。

我们发展了基于电场辅助的微球生物打印方法，其原理是通过高压电场的吸附，从喷嘴中拉出微液滴，通过油相的接收装置收集后，使用可见光即可高效批量固化载细胞微球。我们系统的探讨了各个工艺参数（电压、气压、喷嘴直径）对载细胞微球打印的影响，定义了四种微球打印状态，(i) Microdripping. (ii) Taylor jet. (iii) Oscillating jet. (iv) Shaking spindle，给出了工艺窗口。为了展示打印微球的广泛应用前景，我们给出了三个典型应用：1、用于细胞包裹，载间充质干细胞（BMSC）的微球第二天就有很好的伸展发育，第三天就完全伸展发育。2、药物控释，使用葡聚糖及牛血清蛋白包裹于微球中，均有很好的控释效果。3、作为生物砖进行生物3D打印，我们将载细胞微球作为成形单元，通过控制喷头有序移动可直接实现三维载细胞结构的打印。

图1 电场辅助的载细胞微球生物打印原理

图2 微球打印时不同的形态划分

图3 微球打印工艺窗口

图4  BMSCs包裹于微球中

图5 GelMA微球直接用于打印载细胞三维结构

相关工作已发表在Small（IF=9.6）上，一作为谢明君博士、高庆博士后为共同一作，通讯作者为贺永教授。

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.201804216