深圳大学《CEJ》: 3D打印大孔/互连微通道的水凝胶支架用于组织工程血管化

以下文章来源于高分子材料科学 ，作者高分子材料科学

三维(3D)支架中的大孔和相互连接的微通道是支持新组织生长和血管化的重要架构疗法。迄今为止，具有设计的大孔和完全互连的微通道（FIM）网络的水凝胶支架的制造仍然是一个挑战。

深圳大学报告了一种通过3D打印和表面交联有效制造包含设计的大孔和FIM网络的水凝胶支架的简便方法。

©doi.org/10.1016/j.cej.2021.132926

用简单的方法制造复杂支架

在这项研究工作中所涉及的3D支架和支管网络是通过 3D 打印藻酸盐基水凝胶制造的。基于计算机辅助设计 (CAD)和计算机辅助制造(CAM)的3D打印可以对支架的结构和大孔进行精细控制。之后，将支架浸泡在交联溶液（如CaCl2或CuCl2) 一段时间。

打印后的长丝表面迅速交联，而长丝内部仍保持溶胶状态，未发生交联。从长丝中去除未交联的水凝胶后，获得了具有设计的大孔和完全互连的微通道的3D支架和分支管状网络。最后，支架通过后处理完全交联以加强结构稳定性（图1a）。

图1 全互连微通道支架的制备方案。

微通道的大小可以通过打印喷嘴的大小、水凝胶的浓度、交联剂的浓度和交联时间进行调整。创建的 FIM 支架在后处理后显示出改善的机械性能和结构完整性。具有屏障功能的通道壁赋予支架在微通道中快速灌注液体的能力。人脐静脉内皮细胞很好地粘附在具有高细胞活力的微通道内表面。体内研究表明，不仅在支架和宿主组织之间的界面区域，而且在FIM支架的中心，都有促进血管形成的优异性能。它还表明FIM支架具有促进伤口愈合的潜在能力。

总之，这项研究提出了一种简单的方法来制造具有大孔和FIM网络的水凝胶支架，并展示了它们在组织工程应用中的强大潜力。

上图（图2 ）中，支架在不同交联剂（CaCl2、CuCl2和 FeCl3）中孵育产生的中空通道的通道直径（a）、通道壁厚（b）和图片（c）。通过将支架在不同浓度的交联剂（CaCl2、CuCl2和 FeCl3）中孵育5秒产生的中空通道的通道直径（d）、通道壁厚（e）。注入红色墨水的 FIM 支架图像 (f)，以及 8 层 FIM 支架的显微 CT 分析。FIM 支架(h)的 SEM 和元素映射图像。

 上图（图 4）中， 用 FIM 支架培养 1、3、5 和 7 天的 HUVECs 的荧光图像 (a) 和细胞活力 (b)。在 FIM 支架的通道中培养3天的 HUVEC 的共聚焦图像。在 F-肌动蛋白 (红色)、CD31 (绿色) 和细胞核 (蓝色) (h, i) 共同免疫染色后7 天，在 FIM 支架的通道中培养的 HUVEC 的共聚焦图像。在 FIM 支架外表面培养 1、3、5 和 7 天的成纤维细胞的活/死染色 (jl) 和增殖 (m)。

相关论文以题为3D printed hydrogel scaffolds with macro pores and interconnected microchannel networks for tissue engineering vascularization发表在《Chemical Engineering Journal》上。通讯作者是深圳大学罗永祥副教授。