清華新聞網(wǎng)3月5日電 生物組織的生長(zhǎng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，在工程化組織/器官構(gòu)建中，如何構(gòu)建適配的三維動(dòng)態(tài)微環(huán)境是一個(gè)關(guān)鍵問題。已有研究表明，負(fù)載細(xì)胞的水凝膠的基質(zhì)動(dòng)態(tài)性有助于血管形態(tài)發(fā)生，對(duì)于構(gòu)筑活性組織的“生命線”具有重要意義。然而，常見的動(dòng)態(tài)水凝膠基質(zhì)受限于可逆交聯(lián)解離或細(xì)胞介導(dǎo)的降解，通常在體外培養(yǎng)過程中存在力學(xué)不穩(wěn)定性，幾天以后即出現(xiàn)結(jié)構(gòu)坍塌降解，難以支持長(zhǎng)期培養(yǎng)，阻礙了其在組織器官構(gòu)建和生物制造方面的應(yīng)用。
近日，清華大學(xué)機(jī)械系生物制造團(tuán)隊(duì)提出了一種雙網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)水凝膠（Double Network Dynamic Hydrogel,DNDH）的生物墨水策略，以整合載細(xì)胞墨水的可打印性、力學(xué)穩(wěn)定性以及誘導(dǎo)血管形態(tài)發(fā)生的生物學(xué)功能。該研究提出了一種基于明膠的雙網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)生物墨水，其由可逆腙鍵交聯(lián)的動(dòng)態(tài)水凝膠網(wǎng)絡(luò)和甲基丙烯酸酯交聯(lián)的非動(dòng)態(tài)水凝膠網(wǎng)絡(luò)組成。優(yōu)化后的雙網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)水凝膠體系能夠支持生物三維打印成個(gè)性化結(jié)構(gòu)，在數(shù)周的細(xì)胞培養(yǎng)過程中保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。此外，該雙網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)水凝膠表現(xiàn)出基質(zhì)動(dòng)態(tài)性，對(duì)比同等硬度的非動(dòng)態(tài)基質(zhì)，其具有的應(yīng)力松弛特性可通過細(xì)胞-基質(zhì)相互作用的方式刺激血管形態(tài)發(fā)生過程，所形成類毛細(xì)血管結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度提升了一倍。體內(nèi)研究也驗(yàn)證了墨水基質(zhì)動(dòng)態(tài)性對(duì)促進(jìn)血管化與組織長(zhǎng)入的重要作用。總結(jié)起來，該研究提供了一種將水凝膠動(dòng)態(tài)性引入到生物墨水的通用方法，為體外組織的3D制造與發(fā)育的力學(xué)動(dòng)態(tài)微環(huán)境構(gòu)建奠定了基礎(chǔ)。
圖1.本研究所設(shè)計(jì)的雙網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)生物墨水示意圖
圖2.雙網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)水凝膠（DNDH）體系通過基質(zhì)動(dòng)態(tài)性促進(jìn)血管形態(tài)發(fā)生過程。同時(shí)該體系支持生物三維打印及培養(yǎng)中的穩(wěn)定性，以得到類血管化組織結(jié)構(gòu)
相關(guān)研究成果以“雙網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)水凝膠實(shí)現(xiàn)3D打印與血管形態(tài)發(fā)生”（Enabling 3D printability and vascular morphogenesis with double network dynamic hydrogels）為題，于2月12日發(fā)表于《今日材料》（Materials Today）。
機(jī)械系生物制造團(tuán)隊(duì)2021級(jí)博士生徐潤(rùn)澤為論文第一作者，歐陽禮亮副教授為論文通訊作者。項(xiàng)目得到國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目、國(guó)際合作交流項(xiàng)目、高等學(xué)校學(xué)科創(chuàng)新引智計(jì)劃基地項(xiàng)目等的支持。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.mattod.2025.01.019
供稿：機(jī)械系
編輯：李華山
封面圖設(shè)計(jì)：賀茂藤
審核：郭玲
