Regemat 3D生物打印神经组织工程材料的性能评估

神经组织工程（Neural tissue engineering ，NTE）是近些年新兴的一门学科，主要研究神经系统的修复和再生，其重要应用为构建具有良好组织相容性的仿生三维支架。这种支架能够提供细胞生长、粘附和分化环境，并促进神经组织功能的改善和修复。因此，研究人员需要开发并选择理想的、能够用于这类支架的神经组织工程材料。

目前，天然或人工生物聚合材料，如聚乳酸（PLA）、聚己内酯（PCL），Filaflex（FF）、Flexdym（FD）和明胶甲基丙烯酸酯水凝胶（GelMA），凭借其优秀的生物组织相容性、机械性能，均有望应用于NTE中。

西班牙格拉纳达大学组织工程系一个研究团队于今年在《 Polymers 》杂质发表了一篇名为《Comparison of Printable Biomaterials for Use in Neural Tissue Engineering: An In Vitro Characterization and In Vivo Biocompatibility Assessment》的文章。在该文章中，作者从打印性、机械性能、体外细胞与材料相互作用分析以及体内组织相容性四个角度，系统地比较了上述五种聚合物材料在NTE应用方面的优劣性，为将来相关生物材料开发提供了新的依据。

实验流程：

• 1. 生物材料制备

采购即用型PLA、PCL， FF、FD长纤维，制备GelMA水凝胶溶液。

• 2. 打印3D生物支架

使用西班牙Regemat 3D公司的REG4Life生物3D打印机，将步骤1中的材料，打印成预先设计的4种不同类型的3D结构，用于后续测试（图1）。

图1 待检测的3D支架和实验方案：使用REG4Life生物3D打印机制备4种不同结构的3D聚合物支架，分别用于印刷性测试、机械测试、体外细胞-生物材料相互作用分析和体内组织相容性实验

• 3. 系统测试

根据实验方案，从4个方面验证不同聚合物材料打印的3D生物支架性能（图1）。

实验结果

• 1. 打印性

这五种生物材料都具有很好的打印效果，相比之下，PLA、FF和FD支架比PCL有更高的保真度和分辨率。而GelMA由于膨胀，导致打印的孔径比预先设定的值小（图2）。

图2 a） PLA、（b） PCL、（c） FF、（d） FD 和 （e） GelMA 的打印效果图

• 2. 机械性能

拉伸实验结果表明，所有材料都满足NTE需求，不过在具体参数中各有优劣。在刚度方面，PLA较硬（325.89±30.33 MPa），而FD和GelMA较软（分别为0.41±0.02 MPa和0.09±0.02 MPa）。在形变能力方面，FD的材料更柔软，而PLA材料的形变能力最差。

• 3. 体外细胞-生物材料相互作用分析

通过比对生物材料和细胞体外共培养72h和7d后的细胞存活率等指标，作者发现在细胞培养72小时和7天后，接种PCL、FF和FD支架的细胞显代谢活性示出明显高于接种PLA和GelMA的细胞（p < 0.05），但活细胞的比例并没有显著性差异。

• 4. 生物相容性实验

生物材料皮下植入成年大鼠体内，10天后评估免疫原性反应。免疫组化结果证实了生物材料周围的局部宿主炎症反应，但没有核浸润或存在浆细胞介导的反应。 

结论：

受限于实验周期等因素，对于生物降解等指标还需进一步研究，但无论是机械性能还是细胞-生物材料组织相容性，REG4Life生物3D打印机所打印的4种生物材料都可以应用在NTE中，对NTE材料的开发具有很好的借鉴意义。

更多资讯请访问文献全文链接：https:// doi.org/10.3390/polym16101426

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