在組織工程和再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域碍讯，生物墨水是構(gòu)建3D組織結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵材料悬蔽。傳統(tǒng)上，生物墨水主要基于細(xì)胞外基質(zhì) (ECM) 水凝膠捉兴，例如膠原蛋白蝎困、明膠、脫乙酰殼多糖倍啥、海藻酸鹽禾乘、透明質(zhì)酸和絲素蛋白。然而虽缕，這些傳統(tǒng)生物墨水在打印性和結(jié)構(gòu)保真度方面存在局限性始藕，限制了它們?cè)?3D生物打印中的應(yīng)用。
1 膠原蛋白：生物相容性佳氮趋，但強(qiáng)度不足
膠原蛋白是人體中最豐富的蛋白質(zhì)伍派，在皮膚、骨骼和結(jié)締組織中扮演重要角色剩胁。膠原蛋白生物墨水具有良好的生物相容性和細(xì)胞相容性诉植，能夠促進(jìn)細(xì)胞粘附和增殖。然而昵观，其機(jī)械強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差晾腔，限制了其在構(gòu)建復(fù)雜組織結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。通過物理或化學(xué)交聯(lián)技術(shù)啊犬，例如使用甲基丙烯酸基團(tuán)進(jìn)行修飾灼擂，可以增強(qiáng)膠原蛋白支架的機(jī)械性能，使其更適合3D生物打印椒惨。
2 明膠：多功能缤至，但易降解
明膠是一種從膠原蛋白水解而來的天然生物聚合物潮罪，與膠原蛋白結(jié)構(gòu)相似康谆。明膠生物墨水具有良好的生物相容性、生物降解性和生物相容性嫉到，并且被認(rèn)為是安全的沃暗。它在藥物遞送、牙科修復(fù)和傷口愈合等方面具有廣泛的應(yīng)用何恶。然而孽锥，明膠在生理溫度下的熱穩(wěn)定性較差，限制了其應(yīng)用。幸運(yùn)的是惜辑，開發(fā)了具有化學(xué)穩(wěn)定性和物理完整性的明膠甲基丙烯酰 (GelMA) 水凝膠唬涧，使其成為最通用的水凝膠平臺(tái)，適用于3D生物打印盛撑。
3 脫乙酰殼多糖：多功能碎节，但溶解度有限
螺旋藻膠是一種從部分脫乙酰殼多糖中提取的多糖，與ECM中的糖胺聚糖具有結(jié)構(gòu)相似性抵卫。螺旋藻膠生物墨水具有良好的生物相容性狮荔、生物降解性、生物相容性介粘、非毒性殖氏、親水性、抗菌和抗真菌特性姻采，能夠促進(jìn)傷口愈合雅采，最重要的是其多功能性。它在骨骼慨亲、皮膚和神經(jīng)組織等 TE 應(yīng)用中具有廣泛的應(yīng)用总滩。然而，螺旋藻膠在生理環(huán)境下的溶解度有限巡雨，限制了其應(yīng)用闰渔。幸運(yùn)的是，開發(fā)了能夠進(jìn)行光聚合的螺旋藻膠衍生物铐望，例如螺旋藻膠甲叉酸酯 (ChiMA 或 MAC)冈涧，使其成為可打印的水凝膠。
4 海藻酸鹽：天然正蛙，但易坍塌
海藻酸鹽是一種從褐藻中提取的天然陰離子多糖督弓，具有良好的生物相容性、生物降解性和凝膠化特性乒验。算盤子水凝膠可以模仿天然組織的ECM愚隧，為細(xì)胞生長和增殖提供支持環(huán)境。它在組織再生锻全、傷口愈合和藥物遞送等方面具有廣泛的應(yīng)用狂塘。然而，算盤子水凝膠的機(jī)械強(qiáng)度不足以長期維持其結(jié)構(gòu)和形狀鳄厌，在3D打印結(jié)構(gòu)中往往會(huì)坍塌荞胡。通過將納米材料（如納米羥基磷灰石 (nHAp)）摻入水凝膠中，可以提高其打印性和結(jié)構(gòu)完整性了嚎，使其更適合3D生物打印泪漂。
5 透明質(zhì)酸：水合能力強(qiáng)廊营，但穩(wěn)定性差
透明質(zhì)酸是一種在人體多種組織中發(fā)現(xiàn)的天然多糖，具有優(yōu)異的水合能力萝勤。透明質(zhì)酸水凝膠可以提供與人體組織 ECM 相似的3D基架露筒，提供細(xì)胞粘附、增殖和遷移的功能敌卓。它在傷口愈合邀窃、軟骨修復(fù)和藥物遞送等方面具有廣泛的應(yīng)用。然而假哎，透明質(zhì)酸水凝膠的打印性和打印后穩(wěn)定性相對(duì)較低瞬捕，因?yàn)槠涓吣[脹性，導(dǎo)致其機(jī)械穩(wěn)定性差舵抹，并且由于氧化而容易發(fā)生快速水解降解肪虎。通過化學(xué)修飾或物理交聯(lián)來改善透明質(zhì)酸水凝膠的機(jī)械性能和降解性，使其更適合3D生物打印惧蛹。
6 絲素蛋白：強(qiáng)度高扇救，但分辨率低
蠶絲素是一種存在于蠶絲纖維中的蛋白質(zhì)，與ECM中的膠原蛋白相似香嗓。蠶絲素水凝膠具有優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)完整性迅腔，在生理?xiàng)l件下可以保持其結(jié)構(gòu)。它在軟骨靠娱、骨骼和皮膚TE 中具有廣泛的應(yīng)用沧烈。然而，蠶絲素水凝膠的打印分辨率較低像云，難以滿足原生TE的需求锌雀。通過將納米纖維摻入蠶絲素/明膠生物墨水中，可以提高其打印分辨率和形狀保真度迅诬，使其更適合3D生物打印腋逆。
7 dECM：生物相容性好，但易降解
dECM是通過化學(xué)侈贷、物理或酶解方法去除細(xì)胞成分而獲得的細(xì)胞外基質(zhì)支架惩歉，具有與天然組織相似的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。dECM水凝膠可以提供生物相容性和生物活性環(huán)境俏蛮，引導(dǎo)細(xì)胞行為并促進(jìn)功能性3D生物打印組織的形成撑蚌。它在組織工程和再生醫(yī)學(xué)中具有廣泛的應(yīng)用，例如生產(chǎn)生物墨水以制造3D結(jié)構(gòu)嫁蛇。然而锨并，dECM水凝膠的打印性和形狀保真度較低，其纖維蛋白結(jié)構(gòu)的天然結(jié)構(gòu)在溶出過程中受到損傷睬棚，長期結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差。通過化學(xué)修飾或物理交聯(lián)來增強(qiáng)dECM 水凝膠的機(jī)械強(qiáng)度，并使其與納米材料結(jié)合抑党，以改善其打印性和結(jié)構(gòu)完整性包警，使其更適合3D 生物打印。
參考文獻(xiàn)
Yoon J, Han H, Jang J. Nanomaterials-incorporated hydrogels for 3D bioprinting technology. Nano Converg. 2023 Nov 15;10(1):52.
