人人好！今天来了解一篇对于通过干细胞球的原位出身达成高性能水凝胶的 3D 生物打印的商讨——《3D bioprinting of high-performance hydrogel with in-situ birth of stem cell spheroids》发表于《Bioactive Materials》。传统体式在打印高性能水凝胶时红薯妹，濒临着均衡基质性能与细胞活性的贫寒。同期，干细胞球虽具后劲，但现存制备技巧存在诸多摈弃。在此配景下，该商讨建议一种立异计谋，通过干细胞球的原位出身达成高性能水凝胶的3D生物打印，有望为组织工程和再生医学带来新的冲破。

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一、商讨配景

在组织工程和再生医学界限，基于数字光处分（DLP）的3D生物打印技巧虽具后劲，但在生物墨水优化方面濒临挑战。如打印辩认率与速率虽优，却需均衡基质理化性质与细胞活性。干细胞球在组织工程中备受关怀，其能模拟体内环境、抗凋一火且具分泌功能，但现存制备体式存在诸多局限。像AndrewC.Daly等东说念主建议的基于挤出的生物打印计谋，虽可动荡预制备球体，但构建大尺寸模子耗时且打印辩认率受限。

二、商讨内容

（一）各向异性生物墨水的制备与表征

1、要素与旨趣

为达成生物打印后干细胞球的原位酿成，研发了细胞浓缩生物墨水（CCB），含葡聚糖（作细胞钓饵）和明胶甲基丙烯酰基（GelMA，提供结构维持），二者热力学不相容酿成各向异性结构。

2、特点分析

打印后，夹杂细胞汇聚于葡聚糖溶液，葡聚糖可被去除酿成多孔结构。

商讨发现，擢升GelMA浓度会增强界面张力和粘度，促使相分离酿成更大葡聚糖液滴。CCB水凝胶比程序GelMA水凝胶软，压缩应变和应力随GelMA浓度镌汰而镌汰。葡聚糖添加不影响水凝胶网罗酿成，多孔结构可加速降解。在细胞相容性方面，CCB水凝胶中细胞增殖才气增强，如NIH/3T3细胞和BMSCs增殖加速，且15%组BMSCs趋向集合。

（二）生物墨水的可打印性评估

期骗优化配方，到手打印出多种结构，如轮状、心状和半月板状的3D结构，以及包含胶质母细胞瘤模子、分层皮肤模子和预血管化肝水凝胶模子等复杂组织模子，展示了其高精度构建才气。

（三）水凝胶构建体中干细胞球的原位出身

1、细胞行为与特点变化

以大鼠牙髓干细胞（rDPSCs）为例，封装细胞在CCB水凝胶中集合酿成球状体，H&E和鬼笔环肽染色阐明。与程序GelMA水凝胶比拟，CCB水凝胶中rDPSCs增殖增强，干性记号物（OCT4、SOX2和NANOG）抒发上调。

2、转录组分析

RNA-seq分析标明，CCB水凝胶中1018个基因相反抒发，444个下调，574个上调，其干性计划基因抒发权贵上调。GO富集分析透露生物经过和分子功能富集，如细胞外基质、细胞间粘附等，热图展示了计划基因抒发变化，GSEA分析标明“细胞粘附分子”“细胞聚合”和“细胞外酿成”基因集富集。

3、分化才气增强红薯妹

CCB水凝胶中的rDPSCs在成骨、成软骨和成脂分化方面进展更强，计划基因抒发更高，如成骨分化中BMP-2等基因抒发上调，钙千里积增多；成软骨分化中Col-2和SOX9基因抒发较高，卵白聚糖丰富；成脂分化也有访佛效果。

（四）干细胞球水凝胶构建体对血管生成的促进作用

1、体外履行

东说念主脐静脉内皮细胞（HUVECs）在DPSC负载的CCB水凝胶要求培养基中培养，管酿成才气增强，分支、聚合点、节点和总长度等参数优于程序组，移动才气也擢升。

2、体内履行

皮下植入履行透露，CCB水凝胶组血管化丰富，有红细胞填充的血管网罗，血管密度、直径和管腔密度等参数高于程序组，免疫组化染色标明CD31阳性区域更多，新血管由植入细胞生成。

（五）牙髓-牙本色复合体样组织的再生商讨

将rDPSCs封装的CCB水凝胶填充到大鼠处分后的牙本色基质（TDM）中，皮下植入8周后，CCB组组织再生权贵，TDM支架中有新组织、血管和牙本色样结构酿成，胶原纤维了了，计划记号物（DSPP、CD31和NF200）抒发增多（图6c-h），而程序组细胞含量少，组织浸润少。

三、商计划断

本商讨标明细胞浓缩生物墨水适用于DLP-3D生物打印，可制备高性能水凝胶构建体，促进干细胞球原位出身，增强细胞活性、干性和分化后劲，维持体内血管化和牙髓-牙本色复合体再生，在组织工程和再生医学中远景浩繁。

四、一说念来作念作念题吧

1、基于数字光处分（DLP）的 3D 生物打印技巧在组织工程和再生医学中具有进犯意旨，以下哪项不是其上风？

A. 打印辩认率高

B. 打印速率快

C. 能幸免界面缺陷

D. 生物墨水制备陋劣

2、在制备生物墨水时，GelMA 溶液的最终浓度不包括以下哪个？

A. 15%（w/v）

B. 10%（w/v）

C. 7.5%（w/v）

D. 5%（w/v）

3、在细胞浓缩生物墨水（CCB）中，对于葡聚糖（dextran）的作用，以下说法失误的是？

A. 当作细胞钓饵拿获细胞

B. 提供结构维持

C. 酿成多孔结构后有益于细胞集合

D. 能增强细胞与 GelMA 的互相作用

4、在评估水凝胶构建体对血管生成的影响履行中，以下哪种细胞用于检测？

A. 大鼠牙髓干细胞（rDPSCs）

B. 东说念主脐静脉内皮细胞（HUVECs）

C. 骨髓间充质干细胞（BMSCs）

D. NIH/3T3 细胞

5、传统 GelMA 水凝胶的结构可能会导致什么问题？

A. 细胞散播过于均匀

B. 细胞 - 细胞和细胞 - 基质互相作用受限

C. 打印辩认率过高

D. 生物降解性过强

6、本商讨中，与传统生物打印水凝胶构建体比拟，具有原位球状体酿成的水凝胶构建体在以下哪方面进展更优？

A. 细胞毒性

B. 结构复杂性

C. 组织再生才气

D. 打印速率

参考文件：

Zhu S红薯妹， et al. 3D bioprinting of high-performance hydrogel with in-situ birth of stem cell spheroids. Bioact Mater. 2024 Sep 29;43:392-405.