2024年1月4日，中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院整形外科醫(yī)院蔣海越研究團(tuán)隊(duì)在Aggregate《聚集體》雜志在線發(fā)表了題為“Extrusion bioprinting of elastin-containing bioactive double-network tough hydrogels for complex elastic tissue regeneration”（擠出生物打印含彈性蛋白生物活性雙網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)韌水凝膠用于復(fù)雜彈性組織再生）的研究論文。應(yīng)用純天然聚合物甲基丙烯酰明膠（GelMA）、鄰硝基芐基接枝透明質(zhì)酸（HA-NB）和彈性蛋白（Elastin）構(gòu)成的雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠體系大幅度提升了水凝膠的韌性、彈性、剛性及可拉伸性能，更適合用于復(fù)雜形態(tài)彈性組織構(gòu)建與再生。
圖1 水凝膠合成機(jī)制及性能示意圖
天然水凝膠類材料因具有良好的生物相容性和可打印性逐漸成為3D生物打印墨水的研究熱點(diǎn)。但是開發(fā)可匹配彈性組織力學(xué)性能的柔軟、彈性、堅(jiān)韌的生物水凝膠一直是彈性組織構(gòu)建的一個關(guān)鍵問題。
該研究團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用純天然聚合物甲基丙烯酰明膠GelMA、鄰硝基芐基接枝透明質(zhì)酸HA-NB和豬主動脈中提取的彈性蛋白Elastin混合構(gòu)成雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠體系。該凝膠體系中GelMA通過自由基聚合形成第一層網(wǎng)絡(luò)，Elastin和HA-NB通過動態(tài)希夫堿反應(yīng)形成第二層網(wǎng)絡(luò)，同時兩層網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)一步通過稀疏的GelMA和HA-NB中醛基的交聯(lián)（Dual-crosslinking）加固（見圖1）。通過對其機(jī)械性能的詳細(xì)表征顯示，水凝膠韌性高達(dá)45.39 kJ·m-3，能承受約80% 的壓縮變形而不破裂，在170%的應(yīng)變變形后仍可恢復(fù)到原來的結(jié)構(gòu)，重復(fù)100次機(jī)械加載循環(huán)，也能快速恢復(fù)到原來的形狀。證實(shí)水凝膠中雙交聯(lián)雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、HA-NB/Elastin的可逆性動態(tài)交聯(lián)模式及彈性蛋白分子鏈的高度卷曲特性賦予水凝膠優(yōu)異的彈性、韌性及可拉伸性能。該溫敏水凝膠還具有優(yōu)異的可擠出打印性能，可以打印出分辨率較高的耳、鼻、氣管等各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步結(jié)合細(xì)胞打印表明該水凝膠體系能夠促進(jìn)軟骨細(xì)胞的粘附、增殖、表型維持和彈性軟骨組織的再生，證實(shí)純天然聚合物屬性以及彈性蛋白的存在可促進(jìn)生物打印組織的細(xì)胞相容性及組織再生。
總之，本研究構(gòu)建的雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠大幅度提升了水凝膠的韌性、彈性、剛性及可拉伸性能，更適合用于耳、鼻、氣管軟骨等彈性組織構(gòu)建與再生，為復(fù)雜形態(tài)彈性組織構(gòu)建提供了新的打印材料。
本研究工作得到中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)與健康科技創(chuàng)新工程（2021-I2M-1-052, 2017-I2M-1-007）、國家多學(xué)科協(xié)作診療能力提升項(xiàng)目（21025）及國家自然科學(xué)基金（82371796、81871575）等項(xiàng)目的支持。整形外科醫(yī)院蔣海越教授和劉霞研究員為共同通訊作者，整形外科醫(yī)院醫(yī)師王迪和曾今實(shí)為論文的共同第一作者。
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/agt2.477
中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院整形外科醫(yī)院
