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基于光固化水凝胶的轻量化3D细胞培养方案: heyongzju 2020-9-5 22:39; 组织工程极大地影响了基础生物学研究和生物医学技术的发展过程。长期以来，这些研究绝大多数都依赖于培养瓶、培养皿或孔板中常规二维（2D）细胞培养的实验结果。但是，这些2D培养结果可能与体内3D细胞外基质内细胞生长的实际情况大不相同，甚至完全相反。 3D细胞培养由于其更高的准确性和真实性而发挥着越来越重要的作用，未来3D培养的实验数据将会很大程度上取代2D培养的数据来佐证很多研究的意义及价值。然而，迄今为止3D培养技术还局限在一些有限的实验室，没有被广大生物及医学科研工作者所掌握及使用。 3D培养的操作方法能否像2D培养一样简单，成为生化实验室的常规方法？目前2D细胞培养已形成了从培养到后处理和表征的全套近乎标准的流程，这是2D培养如此流行的根本原因。近日， EFL 在 Bio-Designand Manufacturing期刊发表了题为 Facile 3D cell culture protocolbased on photocurable hydrogels的Technical Note ，给出了一种基于光固化水凝胶的轻量化3D细胞培养方案，谢明君博士为第一作者，贺永教授为通讯作者。研究人员通过系列的工具包括多型号的光固化水凝胶，固化环，可控光源和水凝胶裂解液实现3D细胞培养的简单、量化及可控。图1 轻量化的3D细胞培养流程工作流程步骤一：Bioink制备在实际的有机体中，不同的组织拥有具有特定成分和强度的基质，以实现一系列生物学功能。因此，就3D细胞培养而言，首先要考虑的因素是ECM的选择。用于体外3D培养的合适ECM具有三个主要要求：生物相容性水凝胶基底、合适的强度和其他必要的ECM成分。在这里，GelMA水凝胶因其出色的生物相容性和成型能力而被选作本文体外3D培养的ECM基础。根据体内的实际组织选择具有适当取代度和其他必要成分的GelMA水凝胶。例如，如果研究人员想在3D环境中培养肝细胞，则需要选择合适的GelMA类型，使其固化后可达到6-8kPa的拉伸模量。另外，需要将肝脏组织的无细胞基质添加到GelMA前驱液中。就软骨细胞而言，研究人员需要添加足够的透明质酸以实现其相关的生物学功能。选择了GelMA和其他成分后，通过将冻干的GelMA溶解在磷酸盐缓冲盐水（PBS）中，制备合适的浓度，该溶液包含光引发剂（LAP）和选择的添加物。从培养瓶中分离细胞，并用制备的溶液重悬以形成生物墨水。第二步：在3D环境中培养在培养过程中，一方面，3D细胞培养需要全方位的物质交换空间，因此样品必须漂浮在培养基中，而不是简单地沉入培养皿底部。另一方面，尽管交联的GelMA水凝胶具有较高的生物相容性，但其机械强度较低，特别是具有较低取代度的墨水。这些3D样本总是太软，以致于无法在培养过程中保持初始形状并无法在随后的表征中进行操作。因此，考虑到这些难题，我们发明了固化环。将制备好的生物墨水浇筑到固化环上并用可定时的蓝光光源使其交联。固化环上的把手或支撑脚可以方便在操作时抓取样品，并为物质交换形成更大的空间，更密的固化环网格可以保持较低模量的交联GelMA的形状。第三步：细胞回收培养一段时间后，可以对样品进行后处理以进行细胞表征和分析。处理后的3D样本中存在两种情况。一方面，某些样品中的水凝胶无需降解，可以对细胞进行简单处理，例如对细胞产物进行染色，可以在光学显微镜或共聚焦荧光显微镜下直接观察染色的样品。另外，在某些生物学测试项目中，例如流式细胞仪（FCM），聚合酶链反应（PCR），酶联免疫吸附测定（ELISA）等，必须使用水凝胶分离3D样品中的细胞。因此，我们设计了GelMA裂解液，使固化的GelMA降解而不会损坏细胞，回收的细胞可用于这些表征当中。第四步：生物学表征通过回收的细胞，研究人员可以进行一系列生物学测试项目，例如显微镜观察，FCM，ELISA，PCR等。根据这些测试和分析结果，研究人员可以得出3D细胞体外培养数据，并可进一步估计不同刺激因素在相关生物医学应用中的作用。为了检查提出的3D细胞培养方案的可行性，我们以这种3D培养方式培养了不同种类的细胞，包括人脐静脉内皮细胞（HUVEC），大鼠脂肪来源干细胞（rat-ADSC），人骨间充质干细胞（hBMSC）并测试了它们的存活率，伸展能力和分化。用5％（w/v）EFL-GM-60和0.5％（w/v）LAP制备GelMA前驱液。将HUVECss，大鼠ADSC和hBMSC分别混入其中并在EFL-SCR-2D-24-2固化环上固化。在完全培养基中培养HUVEC和大鼠ADSC，在成骨诱导培养基中培养hBMSC。观察发现，包裹的大鼠ADSC和hBMSC在培养的第一天和第七天都显示出高存活率。从固化环的光镜图像中，我们可以发现细胞均匀地分布在交联的GelMA内部的3D空间中。此外，包裹的细胞在培养7天后会在3D环境中扩散。该结果表明，在提出的3D培养方案中，包裹在3D固化环上的GelMA中的细胞可以保持较高的存活率和伸展能力。图2 3D培养中的细胞活力和传播能力。A）大鼠ADSC的存活/死亡。B）hBMSC的存活/死亡。C）大鼠ADSC的F-肌动蛋白/ DAPI。D）hBMSC的F-肌动蛋白/ DAPI。此外，研究人员测试了hBMSC的成骨分化和HUVEC的血管分化。与培养14天后的空白组相比，诱导的hBMSC显示出高碱性磷酸酶（ALP）表达，茜素红S（ARS）染色的钙结节也表明，包裹的hBMSCs实现了成骨分化。此外，包裹的HUVEC在细胞膜上显示了血小板内皮细胞粘附分子-1（CD31）的高表达，并显示了明显的细胞增殖。图3 3D培养中的细胞分化。 A）hBMSC的ALP表达。 B）hBMSC的ARS染色。 C）HUVEC的CD31表达。 D）HUVEC的增殖。后续我们可以基于其他种类的水凝胶基底（例如胶原、明胶、透明质酸等）进一步构建3D细胞外基质。此外，固化环的基本材料可以转变为功能性材料，例如导电材料，高强度的一种或多种与生物因子和纳米颗粒混合的材料，以便对包裹的细胞增加额外的刺激。这一全新概念可以引领细胞培养和相关生物医学应用领域的趋势。表1 光固化水凝胶产品种类表2 其他辅助工具【视频】基于光固化水凝胶的轻量化3D细胞培养方案光固化水凝胶 3D细胞培养辅助工具; 个人分类: 论文|5416 次阅读|0 个评论

光固化生物3D打印可打印性评价标准及打印过程模型: heyongzju 2020-7-11 20:34; 光固化生物3D打印可打印性评价标准及打印过程模型 Biofabrication modeling printability.pdf 投影式光固化生物3D打印技术（DLP）近年来已有成为主流生物3D打印方法的趋势。相比其他生物打印方式，DLPBP具有三点显著的优势：1.以二维平面为基本单元构成实体（以面成体）的快速性；2.理论上可达微米级别的超高打印分辨率；3.可同时打印数个模型拷贝带来的极高的生产效率与可重复性。其中，快速性保证了含细胞生物墨水打印的过程耗时短，减少打印过程对细胞的影响；高精度高分辨率使其具有构建几乎所有生物器官模型的制造能力；而极高的生产效率与可重复性则在后续应用中具有非常重要的工程意义：对于药物筛选、动物实验等，都需要大量且重复性好的打印样本，才能确保研究结果的可靠性。然而，利用DLP技术进行生物打印也有着明显的局限性，即所用的材料必须同时具有可光交联性、一定的力学性能与良好的生物相容性。兼具上述需求的材料已是相当稀少，而在这些材料中，有很大比例也仅是在某一方面甚至两方面勉强达标。这大大限制了DLP在生物制造领域的应用。 2016年我们发表了关于挤出式生物3D打印可打印性评价研究的工作，很开心国内外同行对我们工作比较认可，目前这篇文章已被引252次（GoogleScholar数据， Research on the printability of hydrogels in 3D bioprinting. Scientific reports, 2016, 6: 29977 ），后续的很多挤出式生物3D打印墨水性能评估、打印质量评价等都参考了我们的工作。考虑到投影式光固化生物3D打印会越来越重要，我们觉得有必要构建起打印过程标准，深入理解影响其打印质量的关键所在。为此我们在系统掌握GelMA基生物墨水特性的基础上，探讨了如何提升投影式光固化生物3D打印的质量，建立了可打印性评价标准，构建了打印过程模型，实现了生物墨水的高精度打印，并可通过工艺参数的调控来模拟不同人体软组织的力学性能（图1）。相关研究成果Modeling the printability of photocuring and strength adjustable hydrogel bioink during projection-based 3D bioprinting，（ doi: 10.1088/1758-5090/aba413 ）发表在Biofabrication杂志上，孙元博士为一作，贺永教授为通讯作者。图 1 利用投影式光固化生物 3D 打印（ EFL-BP8600 ）进行生物墨水的高精度打印，并可通过工艺参数的改变来模拟不同人体软组织的力学性能在本研究中，我们选取了GelMA水凝胶材料作为生物墨水。GelMA兼具上述三种性能，因其组成与细胞外基质（ECM）几乎相同生物性能尤其优异，且可在LAP引发剂+可见蓝光的组合下在几秒内快速交联成形。然而GelMA质地软，力学性能较差，导致其在打印过程中易变形或断裂，很难用纯GelMA材料打印出复杂的模型。同时，GelMA这类生物大分子的交联过程难以量化描述，控制打印性是一大难点。作者首先建立了大分子生物材料的光交联模型，基于能量累积的理论基础建立了光固化的数学模型。随后，根据DLP打印的特性，将打印精度分为成形面内（xy平面）精度与层面间（z方向）精度。分别通过理论与实验研究给出了提高打印性的通用标准方法。在z方向上（图2），根据光衰减模型与实验计算得到的交联能量阈值，分析得到了交联厚度与光吸收剂浓度之间的关系。给出了实验获得最适曝光深度对应的吸收剂浓度的一般方法。图 2 z 方向打印精度优化在xy面内（图3），作者给出了评价其打印精度的标准模型及方法。并研究了打印参数中，浓度与曝光时间对xy平面内精度的影响。图 3 用于评价 xy 面内打印精度的标准模型与打印优化结果除打印性能外，为解决水凝胶力学性能差的问题，作者通过调整GelMA的合成过程，获取了一系列取代率不同的GelMA材料，并通过改变材料浓度与打印时间，获得了从0.1kPa到10 3 kPa跨越4个数量级的杨氏模量可控可调范围（图4），而这几乎包含了人体中所有软组织的分布区间，并覆盖到部分软骨的区域。经过大量实验分析，作者给出了这三个控制变量对强度与模量两个主要力学性能参数的影响规律。通过数据拟合，给出了力学性能图谱，可根据需要的强度与模量，在图上找到对应的打印工艺参数（图5）。图 4 GelMA 取代率、浓度、曝光时间对力学性能的影响规律图 5 拉伸模量与强度 MAP ，同时获得指定的模量与强度所对应的三种打印参数在打印行提高且力学性能可控的基础上，作者对打印结构的生物性能做了一系列测试（图6）。以血管内皮细胞HUVECs为例，作者验证了带细胞打印/支架黏附细胞两种条件细胞的活力与功能。共聚焦照片显示细胞的形态与功能表达都较为理想。图 6 HUVECs 为例的打印结构生物性能最终，作者以分叉血管为例，展示了其研究成果用于打印复杂器官模型、力学性能可控、生物性能优异的应用潜力（图7）。作者打印了一根外径不足1mm，壁厚100um，长6mm的分叉血管，优化后的打印工艺使得打印的结构通畅无阻、管壁完整。血管模型的拉伸模量为127kPa，与预设的120kPa十分接近。内皮细胞可增殖并铺满于整个内腔，形成单层的内皮细胞层。图 7 高精度分叉血管打印应用案例此研究可为研究人员提供了一种标准化的提升生物墨水一致性的方法，也为药物筛选、组织工程、再生修复等领域的研究者提供了一种制造结构复杂、力学性能可控、可重复性高、生物相容性好的模拟组织/支架的实用方法。论文链接： https://doi.org/10.1088/1758-5090/aba413; 个人分类: 论文|4667 次阅读|0 个评论

GelMA水凝胶使用TOP10问题解惑: heyongzju 2020-7-2 08:32; 甲基丙烯酰化明胶（GelMA）由于具有生物兼容性好、可见光固化的特点，已广泛应用于细胞3D培养、组织工程、生物3D打印等研究领域，已有上万篇学术论文中采用了GelMA水凝胶。EFL团队研制的GelMA产品具有批次稳定、服务专业等优点，自推出以来，已服务哈佛、剑桥、麻省理工、香港理工、清华、北大、浙大、上交、华西、九院等国内外高校及医院的数百个课题组， EFL团队整理了GelMA使用的高频问题，可供参考。 Q1：1g GelMA可以配多少溶液？答：EFL推荐使用的常用工作液浓度为5%-10%（w/v），1g可以配10-20mL工作溶液，送引发剂。 Q2：GelMA怎么保存？固体-20℃，配成溶液-4℃吗？我放在-4℃冰箱里，发现溶液固化了，是不是变性了呀？答：无菌GelMA液体可以放4度保存，凝固是因为冷凝了，加热即可恢复。GelMA储存条件如下：干燥固体：-20℃，避光，6个月内有效。无菌溶液：4℃，避光，7天内有效；-20℃，避光，3个月内有效。GelMA溶液建议现配现用，多次反复冻溶无法保证固化品质。GelMA溶液具有温敏性，低温形成可逆的物理凝胶，室温或冰箱冷藏避光保存时凝胶化属于正常现象，加热即可恢复溶液状态。 Q3：GelMA溶解后是有点稠的液体，能过滤么？过滤损耗大吗？高浓度过滤会不会很费劲啊？有没有其他的灭菌方式啊？能121℃高温高压灭菌吗？答：可以过滤，可用0.22微米无菌过滤头过滤除菌。过滤损耗与浓度成正比，同一型号GelMA溶液过滤，浓度越高损耗越多，常用的5% (w/v)浓度过滤损耗率＜10%。常规5%（w/v）浓度优先选0.22um过滤除菌，高浓度不易过滤的可以选择巴氏灭菌，GelMA属于多肽类不能121℃高温高压灭菌会变性。 Q4：GelMA的取代度有哪些型号？在GelMA表面接种细胞，应该选什么型号的GelMA？如果把细胞混到GelMA里做三维培养，又应该选什么型号的GelMA？答：EFL目前有氨基取代度为30%、60%和90%三种固定型号的GelMA，均有现货。GM30、GM60和GM90均可应用于细胞培养，同等条件下，取代度越高，固化后的水凝胶强度越强。每种细胞的最适取代度和最适强度均有所不同，建议您先用三个型号的水凝胶分别做一下预实验，筛选最适合的型号、浓度及固化条件。在所有型号GelMA的表面接种细胞效果都很好；对于细胞混GelMA里做三维培养的型号选择上，EFL常用型号及使用参数推荐如下：5%GM30（w/v），EFL-LS-1601便携式固化光源光照30-60s。5%GM60（w/v），EFL-LS-1601便携式固化光源光照15-22s。 Q5：哪种型号的GelMA适合用于动物实验啊？答：各型号都可应用于动物实验，具体选用的型号和浓度要根据实验需求来选择，需要GelMA降解的慢就用高浓度高取代度，反之相反；如果是载细胞实验要同时考虑所需细胞效果的条件。 Q6：用GelMA负载外泌体或者ECM做细胞培养可以吗？能固化吗？有推荐的型号吗？答：可以的。EFL有很多客户做相关研究，调整好添加物与GelMA的比例固化没有问题，具体型号要看您对强度的需求以及细胞的特性。GM30、GM60和GM90均有客户使用，您可以先做预实验找出适合自己细胞的条件。 Q7：将GelMA铺在载玻片或者培养皿上，固化以后明胶就会粘在基底上，有什么方法可以避免明胶粘在基底，或者尽量减少粘附力？答：可以使用EFL的防粘膜。如果您是做细胞3维培养可尝试EFL的3维培养定制的固化环套装，可改善细胞在胶内的生长状态，便于后期表征操作。 Q8：请问怎么从GeMA中提取细胞做WB和PCR呢？答：您可使用EFL的GeMA裂解液(货号：EFL-GM-LS-001)来降解GelMA提取细胞，GeMA裂解液可在0.5-2h内快速降解GelMA并能较好的保持细胞的完整性和活性。 Q9：为什么我3D打印的GelMA网格载细胞支架有一面细胞长的好，有一面长的差呢？不是应该整个支架都长的差不多吗？答：EFLers实践经验表明，支架放在板孔中培养，贴板底侧没有上表面长的好，支架在培养基中悬浮培养，则整个支架细胞生长无明显差异。您可将打印好的载细胞支架置于EFL自主研发的固化环3D细胞培养辅具上培养，可使支架整个悬浮在培养基中，增强支架内细胞的物质代谢，改善您所遇到的问题。 Q10：为什么我同一次实验做出来的胶块里面，有的胶块细胞长的好，有的胶块细胞长的不好啊？答：您好！这可能与您的固化操作有关。您在固化过程中，需保持固化条件一致，光强、光照距离和光照时间相同。推荐您使用EFL自主研发的EFL-LS-1601便携式固化光源，该光源对比传统的手电筒光源，具有光强稳定，光照距离固定，光照时间可控等优点，可以很好的消除样本间制作的差异性。更多技术支持，请联系我们～; 个人分类: 科普|16532 次阅读|0 个评论

生物3D打印带介观孔隙结构的大尺寸体外组织: heyongzju 2020-2-4 11:48; 生物3D打印带介观孔隙结构的大尺寸体外组织【背景】水凝胶固有的致密微观孔隙网络，营养 / 氧气供应能力有限，需额外引入营养输送网络以提高营养输送效率，满足细胞生长发育的需求。目前常见的带宏观孔隙的水凝胶结构打印，即宏观孔隙网络（ ≥1mm ）结构打印，由于水凝胶强度比较低，打印大孔隙结构时宏观多孔结构易坍塌，导致大尺寸组织打印后内部营养不良。本研究中，我们继续推进大尺寸组织的体外构建，提出在水凝胶材料内构造介观尺度孔隙概念，孔隙范围 100 μm-1 mm ，介观孔隙可同时发挥营养 / 氧气供应和强度支撑作用，能兼顾生物性能和可打印性的要求（图 1 ）。图 1 A) 多尺度孔隙在组织工程中的功能 B) 目前采用的致密水凝胶网络用于结构支撑；期望的是兼顾结构支撑和营养输送的介观尺度孔隙网络我们设计了载牺牲微明胶生物墨水，实现了介观孔隙网络活性结构的高效打印。结构具有高保真度的同时，保持了较高的生物活性，细胞可在介观孔隙网络结构内发生类体内生长行为，如伸展、迁移、连接及组织新生等。载牺牲微明胶生物墨水具体制备过程分三步（图 2 ）， i) 将明胶溶液通过低温冷却完全凝胶化； ii) 通过打印用的喷头，将低温凝胶化的明胶平稳匀速的挤碎成微明胶颗粒，挤碎的同时直接挤至载有相应细胞的 GelMA 生物墨水，随后混合均匀； iii) 将载有牺牲微明胶和细胞的 GelMA 生物墨水装入打印用的注射器，并冷却成可打印的预凝胶化生物墨水。值得注意的是，在冷却制备可打印的预凝胶化生物墨水过程中，装墨水的注射器要每隔 20 秒翻转一次，以确保细胞和牺牲微明胶混合均匀。图 2 载微明胶 GelMA 预凝胶化生物墨水制备过程利用载牺牲微明胶生物墨水，可实现介孔营养网络结构打印（图 3 ）。图 3 打印的介观孔隙网络结构通过调整不同挤出喷头制备不同尺寸的微明胶，可以实现具有不同尺寸孔隙结构的打印。此外，调整预凝胶生物墨水中的微明胶比例，可以实现不同孔隙率结构打印。（图 4 ）图 4 不同孔隙尺寸，不同孔隙率结构的打印此外，由于牺牲微明胶和 GelMA 相互协同工作，增强了整个生物墨水体系的可打印性，能够容易的实现复杂结构的打印，图 5,6 所示。图 5 二维复杂介观孔隙网络结构打印图 6 三维复杂介观孔隙网络结构打印为了模拟生物体内细胞或细胞外基质组成多样性，我们还模拟制造了多细胞或多材料组织结构。如图 7 所示，采用多合一喷头装置，可以切换多种载细胞材料进行打印。打印时，选择性的通入目标载细胞材料，可以打印出多组分介观孔隙网络结构。图 7 多组分介观孔隙网络结构打印为了验证介观孔隙网络能有效的传输营养 / 氧气，促进细胞存活及组织的再生，我们打印了载细胞的介观孔隙网络结构 (10 mm × 10 mm × 10 mm) ，并观察结构体内的细胞生长状况，如图 8 所示，细胞在介观孔隙网络结构内逐渐伸展、迁移并连接，验证了介观孔隙网络传输营养 / 氧气的有效性。图 4.23 细胞在多孔结构内自由伸展、迁移、连接形成活性组织结构体利用载牺牲微明胶生物墨水，直接打印高生物活性介观孔隙网络结构，能有效的促进细胞存活及活性组织形成。牺牲微凝胶可通过自适应的制造方式制备，微凝胶尺寸高度可控，打印时不会堵塞喷头，同时打印结构的孔隙尺寸、孔隙率等均可控。同时，由于牺牲微凝胶与载细胞墨水协同相互作用，增强了整个墨水体系的可打印性，利于结构的高效打印。此外，我们设计的多合一喷头用于打印多材料异质结构，使复杂异质组织结构的制造成为可能。相关论文“ Sacrificial microgel‑laden bioink‑enabled 3D bioprinting of mesoscale pore networks” 近日刊登在 Bio-Design and Manufacturing 杂志上。第一作者为邵磊博士生，通讯作者为贺永教授，浙二医院的刘震杰医生，高庆博士为共同通讯。论文链接： https://doi.org/10.1007/s42242-020-00062-y; 个人分类: 论文|3283 次阅读|0 个评论

自带荧光的生物水凝胶: heyongzju 2019-9-27 22:36; 荧光水凝胶是一种自发荧光的高分子材料，具有可调的荧光显色效果，因而在 3D打印、生物传感、荧光示踪、仿生驱动等研究领域有广阔的应用前景。我的团队（EFL）研制的GelMA水凝胶具有固化速度快、生物兼容性优异等优点，已被哈佛、剑桥、麻省理工、香港理工、清华、北大、浙大等国内外高校的 100 多个课题组使用，研究成果已发表于Materials Horizons( IF=14.356 ), Small( IF=10.856 ) , Biosensors and Bioelctronics( IF=9.518 ) , Biofabrication( IF=7.236 ) 等期刊。是否可以让GelMA保持稳定，同时具有荧光特性？ EFL团队持续攻关，成功研发出了自带荧光的GelMA水凝胶（EFL-GM-GF/EFL-GM-RF系列）。一、荧光GelMA简介 EFL团队研发的荧光GelMA是通过在GelMA上“嫁接”荧光分子实现的，因所嫁接荧光分子不同而具有特定的荧光颜色。此化学标记方法避免了物理混合或静电吸附等方法中荧光分子容易扩散出体系的缺点,，同时也避免了荧光微粒成像不均的缺点。二、荧光GelMA优点 1. 荧光GelMA成像均匀。下图为自带荧光和混荧光微球的两种GelMA成像对比，荧光GelMA成像均匀连续，混荧光微球GelMA表面颗粒感明显。 2. 荧光GelMA稳定不扩散。下图为自带荧光和混荧光分子的两种GelMA扩散对比。混荧光分子的GelMA容易扩散；自带荧光GelMA能长时间保持荧光特性。 3. 荧光GelMA生物相容性优异。下图为使用荧光GelMA和普通GelMA培养内皮细胞（RBE4）和骨干细胞（BMSC）第五天时的生长状态，荧光GelMA与普通GelMA具有同等优异的生物相容性。三、荧光GelMA应用案例 1.3D打印。近年来，GelMA已成为生物3D打印的明星墨水，荧光GelMA可使打印结构的表征更加清晰稳定。EFL团队研制的荧光GelMA可应用于全品类生物3D打印机，下图为EFL-BP系列生物3D打印机制造的荧光酷炫结构。 2.荧光示踪。使用荧光GelMA，可方便追踪GelMA或其他载体在体内的变化情况。自带荧光GelMA不会在体内扩散，可真实地追踪荧光物质的分布情况。; 个人分类: 科研乱侃|4327 次阅读|0 个评论

微纤维形迷你组织同轴生物打印: heyongzju 2018-10-11 21:44; 微纤维形迷你组织同轴生物打印 63 Fiber-Based Mini Tissue with Morphology-Controllable GelMA Microfibers.pdf 摘要：纤维状组织（血管、肌肉、神经等）是常见的组织结构。有没有可能在体外构造出基本的微纤维单位，然后组装成纤维组织呢？课题组这几年除了探讨基于微球的迷你组织外，还对基于纤维的迷你组织制造产生了浓厚的兴趣。目前制造迷你纤维组织最大的挑战在于如何制造出兼顾生物活性及可加工性的水凝胶微丝。高生物活性可确保载细胞的微纤维能在后续的培养中细胞建立连接，并诱导出组织的功能。受限于制造工艺，基于海藻酸盐体系的微纤维目前报道较多，但海藻酸盐体系的水凝胶阻碍了后续的细胞发育，使其无法发展为微组织。GelMA水凝胶是一种生物活性非常好，同时能快速光固化的水凝胶材料，但GelMA的固化时间稍长（3-5s），同时载细胞的GelMA粘度较低，导致其直接制造难度较大。如能高效实现GelMA微纤维的制造，将有望发展出基于微纤维的迷你组织。课题组受到旋绳效应的启发，开发了一种同轴生物打印技术，采用课题组产业化的高性能水凝胶GelMA，实现了GelMA材料异质微纤维的制造，可打印多种组分，多种形态的纤维状迷你组织。课题组在微纤维中包裹了内皮细胞，内皮细胞在很短的时间内即可迁移到纤维表面，形成类微血管结构。纤维状组织（血管、肌肉、神经等）也是常见的组织结构，而体外重建纤维形态的组织要求材料同时具备较强的可加工性和优异的生物相容性。而现有研究采用的海藻酸盐体系水凝胶可加工性能好，但生物性能较弱，限制了打印后组织功能的诱导。甲基丙烯酸化水凝胶 gelatin methacrylate (GelMA) ，是一种光敏性生物水凝胶，兼备较强的可加工性和生物相容性，是组织工程、生物医学、生物制造等领域的热门材料，具有极大的潜力。该材料的详细介绍可参考我上一篇博文。近日，浙江大学机械工程学院贺永教授团队采用课题组和苏州智能制造研究院联合研发的 GelMA 材料，开发出了功能性形态可控 GelMA 微纤维，同时实现了纤维状组织的功能化诱导。相关论文 Fiber-based Mini Tissue with Morphology-Controllable GelMA Microfibers 近日刊登在 WILLY 旗下的 SMALL 杂志上。第一作者为博士生邵磊和博士后高庆，通讯作者为贺永教授。 GelMA 微纤维同轴生物打印在本文中，研究团队基于流体悬绳效应，使用同轴喷头流体控制系统进行了连续的微纤维制备（如上图），微纤维以海藻酸盐水凝胶为壳，以 GelMA 为核。核心 GelMA 率先进行光交联成 GelMA 纤维，当外壳海藻酸盐进入氯化钙水浴时迅速反应凝胶化而形成外壳层。海藻酸盐的作用是先快速定形，固定未完全固化的 GelMA ，待 GelMA 固化后，海藻酸盐水凝胶可被消化去除。利用流体控制技术和精确操作，实现了 GelMA 微纤维尺寸和形态的调节，该方法制备的 GelMA 微纤维具有长、薄、柔性等特点。由于生物体内组织组成成分多样化，因此制备多材料异质纤维显得很有必要。研究团队对制造系统进行改进，制造出了多种多材料异质纤维结构（如下图），如 Janus 结构，多层 GelMA 结构，双平行和双螺旋 GelMA 结构。多组分异质 GelMA 纤维研究团队打印了裹人脐静脉内皮细胞（ HUVECs ）的直血管和螺旋血管迷你组织（如下图），细胞在 GelMA 里可以增殖伸展并迁移。有趣的是，随着培养时间的加长，内皮细胞迁移到 GelMA 纤维外壁，并建立连接形成似血管的内皮管腔，这是 GelMA 纤维外壁营养更充分导致细胞迁移的结果。直血管制造螺旋血管制造血管制造论文链接： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.201802187; 个人分类: 论文|6685 次阅读|0 个评论

GelMA生物水凝胶可光固化性能堪比胶原的水凝胶: heyongzju 2018-9-22 09:08; 课题组几年前开始 GelMA生物水凝胶的产业化工作，我们建立了一整套的生产及测试规范，确保不同批次GelMA水凝胶性能的一致。GelMA水凝胶有接近胶原的生物兼容性，尤其适合细胞的三维培养，生物3D打印，载细胞结构等。和胶原相比，GelMA水凝胶可采用可见蓝光（405波长）即可快速固化，机械性能佳。这几年GelMA的应用越来越广，从迷你组织构建、细胞三维培养、植入治疗、伤口敷料等无所不包。我们也围绕GelMA做了系列的工作，从各种打印工艺的精确成形，到各种组织器官模型的构建。 GelMA水凝胶生物材料销售联系方式 GelMA.mp4 GelMA制造的微血管（内皮细胞迁移成管）基于GelMA的血管芯片（内皮成血管的各种抗体，炎症反应等都可在芯片上表达出来）; 个人分类: 科研乱侃|14281 次阅读|0 个评论

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