基于脱细胞基质（dECM）的水凝胶广泛应用于增材生物制造技术。 dECM 的细胞外基质成分和生长因子在细胞粘附、生长和分化中发挥着至关重要的作用。然而，较差的机械性能和打印性仍然是dECM 材料的主要限制。为发挥dECM材料的优势，哈佛医学院Y. Shrike Zhang教授团队将其与体积增材制造（Volumetric Additive Manufacturing，VAM）紧密结合起来，开发了基于未修饰的天然的猪心dECM (h-dECM) 和猪半月板dECM (Ms-dECM) 的生物墨水体系。通过VAM旋转投影动态变化的光图案实现的三维物体的快速光聚合，从而将对生物打印水凝胶结构的机械强度要求与打印性分开，允许使用低浓度的 dECM 生物墨水实现复杂形状结构的快速打印。作为示例应用，使用装载大鼠心肌细胞 （rCMs） 的h-dECM体积打印心脏组织，显示出较好的细胞增殖、展开和扩散, 并进一步使用装载人诱导多能干细胞衍生的心肌细胞 （hiPSC-CMs） 的h-dECM生物墨水，展示了肌节结构的生成和同步收缩。同时使用装载人间充质干细胞 （hMSCs） 的 Ms-dECM生物墨水进行体积打印的半月板结构呈现出较好的软骨分化结果。这项研究为VAM进一步扩展了生物墨水库，并扩大了dECM在组织工程和再生医学中的应用。

图1. h-dECM 和Ms-dECM 生物墨水材料的制备和打印机理

  总结：研究人员成功开发了基于VAM的天然的未经修饰的 dECM（生物）墨水，并证明了通过 VAM快速制造基于水凝胶的组织结构的潜力。通过优化配方，实现了低浓度h-dECM 和 Ms-dECM 复杂结构的打印， 并维持较好的打印保真度。更进一步地，基于 h-dECM 和 Ms-dECM 良好的细胞相容性，对体积生物打印的心脏和半月板结构进行了功能化实验，展示了混合在 h-dECM 打印结构中或在其表面上 rCM 和 hiPSC-CM 的扩散和收缩行为，以及嵌入在 Ms-dECM 半月板结构中的hMSC 的软骨分化。这项工作进一步扩展了VAM的生物墨水库，同时拓宽了基于 dECM 的生物材料在生物医学中的应用。

  原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202304846

作者简介

  谢茂彬 教授简介：谢茂彬，博士，博士生导师，广州医科大学生物医学工程学院教授，广东省“珠江人才计划”青年拔尖人才，广东省杰青。2016年博士毕业于香港理工大学，2019-2021年美国哈佛大学医学院博士后。长期从事3D生物打印和生物材料领域研究。发表学术论文33篇，其中以第一/通讯作者身份在Sci. Transl. Med.、Nat. Commun.、STAR Protoc.、Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater、Biomaterials等期刊发表学术论文30余篇。申请发明专利15件，其中PCT专利2件，已授权6件。目前是中国生物医学工程学会会员、广东省生物医学工程学会生物医用材料与临床应用分会委员。同时担任Adv. Sci、ACS Nano、Small、Appl. Mater. Today、Nanoscale等国际著名学术期刊审稿人。

  罗泽宇 副研究员简介： 罗泽宇，四川大学华西临床医学院&哈佛大学联合培养博士，分别师从周宗科教授和Y. Shrike Zhang教授。研究内容主要涉及3D生物打印、微流控技术、骨与软组织工程等研究领域。截止目前，在Adv. Mater.、PNAS、Nat. Commun.、Matter、Adv. Function. Mater.、Small、Adv. Health. Mater.等国际权威期刊上发表三大检索收录论文40余篇。论文被引用超过1000余次。2篇文章入选全球Top 1% ESI高被引论文。主持国家自然科学基金、博新计划等高水平基金项目。