​軟骨是人體重要的結構組織之一，在硬骨末端、耳廓、氣管等部位均有它的身影。但因其缺乏自我修復能力，使得軟骨結構的再生成為一個難題。為解決這個問題，生物3D打印逐漸進入科研工作者和醫療工作者的視野，許多打印簡單組織、器官的報道也正在增多。盡管現在已有幾款生物墨水可供選擇，但是面對如此眾多的應用，開發新的生物墨水以滿足龐大應用面所帶來的生物兼容性、打印精度等問題仍然是目前研究的主流方向之一。

目前，在軟骨打印中常用的材料有明膠和透明質酸，但機械強度過低、降解速率過快一直是這幾種材料拓展應用的障礙。近日，韓國翰林大學Chan-Hum Park教授帶領的課題組對明膠和透明質酸進行預處理，獲得甲基丙烯酸化明膠（Gelatin-methacryloyl, GelMA）和環氧丙基-甲基丙烯酸化的透明質酸（glycidyl-methacrylated hyaluronic acid, GMHA）。

該課題組通過調整兩種原料的配比來提升生物墨水的各項性質，例如打印精度就是通過比較打印模型和數字模型間的體積差來進行測定的。通過測試確認7% Gelma具有較好的打印精度，然后在維持7% GelMA的條件下添加不同含量的GMHA，得知3%和5% GMHA（G7H3和G7H5）最為優秀。為體現其精度，作者打印了兔喉部軟骨和甲狀軟骨（Fig.1、Fig.2），以證明打印精度完全可以滿足構建軟骨結構。
 

Fig. 1 兔喉部軟骨

Fig.2 兔甲狀軟骨

該課題組的第二個創新點在于使用了扁桃體來源的間充質干細胞（tonsil-derived mesenchymal stem cells, TMSCs）并針對此類細胞的生長特性對生物墨水進行調整，以保證TMSCs在該墨水中能夠保持活性。通過Live/Dead和CCK-8兩種試劑盒的檢測，證實TMSCs在打印成形后的0-7天內穩步增殖（Fig.3、Fig.4）。

Fig.3 Live/Dead細胞活性檢測結果

Fig.4 CCK-8細胞計數測試結果

在文獻中，作者也對該生物墨水進行了體內降解的測試。測試模型是一個分散有扁桃體來源的間充質干細胞的G7H5（TMSC-laden G7H5）圓環，植入裸鼠的背部皮下，分別于1、2、3周后取出進行降解測量。發現在三個時間點得到的樣品均保持良好的形態，無明顯降解現象，在植入區域附近也沒有紅腫或感染（Fig.5）。而通過染色可以觀察到軟骨正在逐漸形成。

Fig.5 體內降解測試結果

Fig.6 軟骨形成情況
 

以上結果證明，不光可用于生物3D打印的生物墨水得到了增加，用于生物3D打印的細胞種類也得到了拓展。

參考文獻：

[1] Lee J S, Park H S, Jung H, et al. 3D-printable photocurable bioink for cartilage regeneration of tonsil-derived mesenchymal stem cells[J]. Additive Manufacturing, 2020, 33: 101136.

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