人造活体组织器官具有重大的临床需求，生物 3D 打印技术则为人造活体组织提供了新手段，是当前全球科研圈的研究热点之一。

但是，缺乏先进的生物 3D 打印材料是当前面临的重要难题之一。

目前，3D 打印活体组织通常先以细胞和水凝胶为“生物墨汁”打印出组织工程支架，再让种子细胞在支架中生长逐渐成熟形成活体组织。

然而，常用的 3D 打印水凝胶材料很难动态地适应细胞的生长过程，这让 3D 打印的载细胞组织工程支架转化为活体组织遭到了限制。

因此，亟需开发能够适应细胞生长的新型 3D 打印材料，以便支撑 3D 打印活体组织研究和临床应用。

生物 3D 打印领域拥有多条技术路径。其中，基于数字光处理的生物 3D 打印技术，具有速度快、精度高等特点，在生物医学领域有着重要应用。

近年来，四川大学苟马玲教授和团队围绕重大疾病治疗的临床需求，开展了一系列将 3D 打印用于生物治疗的基础研究和转化研究。

图 | 苟马玲（来源：苟马玲）

比如，他们曾开发基于数字光处理的系列生物 3D 打印新技术及装备，并非常重视将 3D 打印与纳米技术等融合，以便发展生物治疗新策略及创新产品。

据了解，软骨是人体重要的组织。软骨缺损是临床上常见的疾病，治疗难度较大。

因此，亟需发展新的治疗手段。而 3D 打印软骨组织，则能为软骨的修复和重建提供新方法。

在近期一项研究中，他们通过生物材料创新促进生物 3D 打印技术发展，建立了 3D 打印活体组织新技术与组织的再生修复新策略，为相关疾病的治疗提供了新方法和潜在新选择。

课题组表示，本次创新源于一场“意外”。

如前所述，他们长期从事生物 3D 打印的基础研究及转化研究，深知生物 3D 打印材料的研发非常关键。

一方面，既需要其“性能优异”，又希望其“质量可控”与“产品可及”，也就是希望能够通过较为简单的材料与方法，研制出高性能的产品。

本次研究之中，他们基于常用的光固化明胶材料，意外发现了这种纳米明胶材料的结构特征。

结合多年的研究经验，该团队意识到这种结构可能会对生物 3D 打印和促进组织再生带来益处。

随后，他们通过预实验快速确认了该材料的性能优势，并综合考虑了材料的成分和制备方法。

基于此，其认为该纳米明胶材料具有较强的创新性与应用前景，于是开展了本次研究。

具体研究内容包括：

第一步，研制新型的纳米明胶材料。

在发现纳米明胶材料的基础上，课题组深入研究了纳米明胶的结构与成分、工艺的关系，阐释了纳米明胶材料的形成原理。

借此建立了制备纳米明胶材料的方法体系，系统性地表征了纳米明胶材料的理化性能。

第二步，揭示纳米明胶材料在生物 3D 打印中的潜力。

期间，他们建立了基于纳米明胶材料的生物 3D 打印技术，评价了纳米明胶材料的生物相容性。

并研究了纳米明胶材料利用特殊的纳米结构以适应细胞生长过程的能力，借此阐释了纳米结构调控细胞功能的作用及机制。

第三步，研究 3D 打印软骨组织用于软骨缺损治疗的作用及机制。

通过建立动物模型，针对关节与外耳软骨的修复与重建，他们评价了 3D 打印定制式软骨组织的作用及机制。

最终，他们阐释了纳米明胶材料的形成原理，建立了纳米明胶的可控制备方法，开发了基于纳米明胶的生物 3D 打印技术体系。

（来源：Advanced Functional Materials）

通过此，他们建立了 3D 打印软骨组织新技术，揭示了 3D 打印的软骨组织在关节与外耳软骨再生修复中的巨大潜力，将“意外发现”转为了“科研成果”。

据了解，本次纳米明胶材料可用于生物 3D 打印，并能动态地适应种子细胞的生长。

此前，一些动态水凝胶材料常通过分子间化学键的可逆断裂与重组来适应细胞生长，而本次材料则能依靠特殊的纳米结构。

因此在受到细胞的挤动时，可以快速产生局部物理形变，从而为细胞生长提供空间，以便动态地适应细胞的生长过程。

同时，该材料还能够通过纳米结构来调控细胞功能，以促进种子细胞增殖与细胞外基质分泌等，从而加快形成活体组织。

将纳米明胶材料用于生物 3D 打印，结合光固化 3D 打印的技术优势，有望促进 3D 打印活体组织技术研究取得新进展。

具体来说：这种 3D 打印的载有软骨细胞的定制式组织工程支架，在植入体内之后能够有效地转化为软骨组织，故能在关节软骨和外耳软骨的再生修复与重建中展现出较好的疗效。

同时，纳米明胶材料本身在快速止血与促进皮肤、神经、骨等多种组织的再生修复方面，也有着很好的应用前景，能够支撑多种创新产品的开发。

日前，相关论文以《使用细胞适应性纳米胶体水凝胶进行成熟组织构造的 3D 打印》（3D Printing of Maturable Tissue Constructs Using a Cell-Adaptable Nanocolloidal Hydrogel）为题发在 Advanced Functional Materials[1]。

李丽、刘浩凡、赵永超是共同第一作者，苟马玲担任通讯作者。

（来源：Advanced Functional Materials）

后续，他们将进一步完善基于纳米明胶的 3D 打印软骨组织技术，努力推动其进入临床试验。

同时，还将尝试揭示纳米明胶材料在 3D 打印皮肤、脑类器官等多种组织中的应用潜力，力争开发 3D 打印活体组织新技术。

进一步地，该团队也希望能够阐释纳米明胶材料在神经、皮肤、骨等多种组织再生修复中的作用及机制，研发基于纳米明胶的组织再生修复材料。

参考资料：

1.https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202402341

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