细胞收缩力驱动4D生物打印活体结构的时空形态发生

来自国际团队的研究人员开发了一种利用细胞内在收缩力（CCFs）作为内源性刺激的4D生物打印策略。通过智能复合生物墨水打印的组织构建体可实现CCFs驱动的程序化形变，在空间编码细胞排布模式下形成复杂组织架构，为组织再生和形态发生建模提供了创新性解决方案。

　　

研究人员展示了一种创新的4D生物打印策略，利用细胞固有收缩力（cell contractile forces, CCFs）作为内源性刺激源。采用具有机械自适应特性的智能复合生物墨水打印的组织构建体，能够发生CCFs驱动的形状变形。当通过空间编码精确控制封装细胞的空间排布时，CCFs可介导多方向且逐渐增强的形态转变，从而形成复杂的组织架构。

该研究突破当前依赖外部物理/化学刺激的4D生物打印局限，开发了由氧化甲基丙烯酰化海藻酸钠（OMA）、甲基丙烯酰化明胶（GelMA）和明胶微球组成的复合生物墨水。通过构建无细胞层与细胞负载层（含人间充质干细胞hMSCs）的双层结构，实现了CCFs驱动的自主形变。实验证明该系统不仅能诱导多维形状变化（包括绕双非平行轴弯曲），还可同步促进软骨/成骨分化。这种CCFs介导的4D生物打印技术为模拟生物体内4D现象提供了更高程度的体外仿生平台，显著推进了组织工程和再生医学的发展。