生物聚合物 3D 打印植入式支架作为急性术后疼痛管理的潜在辅助治疗

软执行器和机器人设计的快速进步需要新型软材料，其机械性能可以在短长度范围内改变。 弹性体可以配制为高度可拉伸或相当坚硬的材料，因此对这些应用很有吸引力。 它们最常见的铸造方式是使其成分在短长度范围内无法改变。 直接墨水书写（DIW）是一种可以在数百微米长度范 围内局部改变弹性体成分的方法。 不幸的是，在没有流变改性剂的情况下，大多数弹性体前体无法通过 DIW 进行打印。 这里介绍了可 3D 打印的双网络颗粒弹性体 (DNGE)，其极限拉伸应变和刚度可以在前所未有的范围内变化。 利用这些材料的 3D 打印能力来生产弹性体手指，其中包含被柔软皮肤包围的刚性骨骼。 类似地，利用基于微粒的前体的流变特性来铸造具有局部变化的刚度的弹性体板，这些板以预定的方式变形和扭曲。 这些 DNGE 预计将为下一代智能可穿戴设备、应变传感器、假肢、软执行器和机器人的设计开辟新途径。

干细胞3D生物打印在医疗应用中大有可为，但高效生物墨水的开发仍是一项挑战。最近，动态交联水凝胶的出现推动了这一领域的发展，从而获得了自愈合材料。然而，还需要更先进的生物墨水，以显示最佳的胶凝动力学、粘弹性、剪切稀化特性、结构保真度，并能足够长时间地保持打印结构，使新组织成熟。本文介绍了一种基于细胞外基质的新型人间质干细胞（hMSCs）生物墨水。用半胱氨酸和醛官能团修饰透明质酸（HA），形成二硫化物和噻唑烷产物双重交联的水凝胶。研究表明，这种交联 大大提高了水凝胶的稳定性和生物特性。这种生物墨水具有快速凝胶化动力学、剪切稀化和形状保持特性，打印后细胞存活率高，干性标志物（OCT3/4 和 NANOG）增加了 2 倍以上，并支持细胞增殖和迁移。二硫化物交联有助于自愈合和细胞迁移，而噻唑烷交联则缩短了凝胶化时间，提高了长期稳定性，并支持细胞增殖。总之，基于 HA 的生物墨水满足了成功三维打印干细胞的要求，为细胞治疗和再生医学提供了一种前景广阔的解决方案。

与传统的2D 细胞培养技术相比，3D 细胞球体提供了更多的仿生微环境， 在许多组织工程应用中已被证明是有价值的。尽管3D 细胞培养具有受益 效应，但目前球体形成方法的可扩展性有限，对球体组织工程的临床翻译 提出了挑战。虽然最近采用的液滴微流体可以提供一个连续的生产过程， 但使用油和表面活性剂，通常低通量，以及额外的生物制造步骤的要求阻 碍了球体培养的临床翻译。在这里，使用清洁(例如，无油和无表面活性 剂) ，超高通量(例如，8.5 mL min-1,10000个球体 s-1) ，单步空气微流控 生物制造球体形成区室化水凝胶。这种新技术可以可靠地生产一维纤维， 二维平面和三维体积划分的水凝胶构造，其中每一个都允许空心球形成隔 室的明显(一)各向同性取向。在喷墨生物打印分区水凝胶中产生的球体在 成软骨行为方面优于2D 细胞培养物。此外，细胞球体可以从划分的水凝 胶中获得，并用于以自下而上的方式构建形状稳定的厘米大小的无生物材 料的活组织。因此，预计在空气中微流体生产的球形分区水凝胶可以促进 生产和使用的细胞球体的各种生物医学应用。

皮肤创伤不仅给患者带来身体上的痛苦，也给社会造成经济负担。因此，促进皮肤修复的有效方法仍然是一项挑战。具体来说，壳聚糖水凝胶是促进不同阶段伤口愈合的理想选择，同时还能减少阻碍这一过程的因素（如过度炎症和慢性伤口感染）。此外，壳聚糖水凝胶独特的生物特性使其既能用作伤口敷料，又能用作给药系统（DDS）。本研究合成了壳聚糖（CS）与[2-（甲基丙烯酰氧基）乙基]三甲基氯化铵（CS-MTAC）的接枝共聚物，CS-MTAC是一种具有良好抗菌性能的阳离子单体。研究人员证实成功合成了这种共聚物，并对其溶胀能力和吸水能力以及生物相容性和抗菌特性进行了研究。为了提高其印刷适性，共聚物与弹性蛋白（EL）、胶原蛋白（COL）以及浓度越来越高的明胶（GEL）混合。因其具有 3D 打印的潜力，我们选择了含有 6% w/v CS、4% w/w EL、4% w/w COL和 1% w/v GEL的水凝胶，并用氨蒸汽或乙醇/氢氧化钠溶液对其进行中和，然后载入左氧氟沙星。载入左氧氟沙星的CS-MTAC/EL/COL/GEL生物墨水作为伤口愈合和药物输送应用的合适候选材料的可行性已得到证实。