整形医院蒋海越团队研制一种挤出式生物打印双网络强韧弹性水凝胶，可用于复杂弹性组织再生

　　

2024年1月4日，中国医学科学院整形外科医院蒋海越研究团队在Aggregate《聚集体》杂志在线发表了题为“Extrusion bioprinting of elastin-containing bioactive double-network tough hydrogels for complex elastic tissue regeneration”（挤出生物打印含弹性蛋白生物活性双网络强韧水凝胶用于复杂弹性组织再生）的研究论文。应用纯天然聚合物甲基丙烯酰明胶（GelMA）、邻硝基苄基接枝透明质酸（HA-NB）和弹性蛋白（Elastin）构成的双网络水凝胶体系大幅度提升了水凝胶的韧性、弹性、刚性及可拉伸性能，更适合用于复杂形态弹性组织构建与再生。

图1 水凝胶合成机制及性能示意图

天然水凝胶类材料因具有良好的生物相容性和可打印性逐渐成为3D生物打印墨水的研究热点。但是开发可匹配弹性组织力学性能的柔软、弹性、坚韧的生物水凝胶一直是弹性组织构建的一个关键问题。

该研究团队应用纯天然聚合物甲基丙烯酰明胶GelMA、邻硝基苄基接枝透明质酸HA-NB和猪主动脉中提取的弹性蛋白Elastin混合构成双网络水凝胶体系。该凝胶体系中GelMA通过自由基聚合形成第一层网络，Elastin和HA-NB通过动态希夫碱反应形成第二层网络，同时两层网络之间进一步通过稀疏的GelMA和HA-NB中醛基的交联（Dual-crosslinking）加固（见图1）。通过对其机械性能的详细表征显示，水凝胶韧性高达45.39 kJ·m-3，能承受约80% 的压缩变形而不破裂，在170%的应变变形后仍可恢复到原来的结构，重复100次机械加载循环，也能快速恢复到原来的形状。证实水凝胶中双交联双网络结构特点、HA-NB/Elastin的可逆性动态交联模式及弹性蛋白分子链的高度卷曲特性赋予水凝胶优异的弹性、韧性及可拉伸性能。该温敏水凝胶还具有优异的可挤出打印性能，可以打印出分辨率较高的耳、鼻、气管等各种复杂结构。进一步结合细胞打印表明该水凝胶体系能够促进软骨细胞的粘附、增殖、表型维持和弹性软骨组织的再生，证实纯天然聚合物属性以及弹性蛋白的存在可促进生物打印组织的细胞相容性及组织再生。

总之，本研究构建的双网络水凝胶大幅度提升了水凝胶的韧性、弹性、刚性及可拉伸性能，更适合用于耳、鼻、气管软骨等弹性组织构建与再生，为复杂形态弹性组织构建提供了新的打印材料。

本研究工作得到中国医学科学院医学与健康科技创新工程（2021-I2M-1-052, 2017-I2M-1-007）、国家多学科协作诊疗能力提升项目（21025）及国家自然科学基金（82371796、81871575）等项目的支持。整形外科医院蒋海越教授和刘霞研究员为共同通讯作者，整形外科医院医师王迪和曾今实为论文的共同第一作者。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/agt2.477

中国医学科学院整形外科医院