热响应性生物墨水负载抗氧化剂与成纤维细胞加速糖尿病伤口愈合的3D打印支架研究

推荐：为解决糖尿病伤口愈合缓慢的难题，研究人员开发了一种基于聚有机磷腈(Tyr-PPZ)的热响应性生物墨水(PC/PCC bioink)，通过负载咖啡酸(CA)和成纤维细胞，构建具有抗氧化、促血管生成功能的高分辨率3D支架。该支架在37°C下维持30天结构稳定性，显著促进M2巨噬细胞极化，动物实验显示14天伤口闭合率达95.9%，为慢性伤口治疗提供新策略。

　　

糖尿病伤口因高血糖诱导的氧化应激和慢性炎症难以愈合，传统治疗方法效果有限。韩国科学技术研究院团队在《BIOMATERIALS RESEARCH》发表研究，开发了一种革命性的热响应性聚有机磷腈(Tyr-PPZ)生物墨水系统。该研究通过创新性地引入酪胺(Tyr)增强疏水性，使生物墨水在无需额外交联下，兼具高机械强度(37°C时G′达3,427 Pa)和精准打印能力，突破现有生物墨水在分辨率与稳定性难以兼得的瓶颈。

关键技术包括：1) 三步法合成Tyr-PPZ聚合物并通过核磁共振(NMR)验证结构；2) 动态光散射和冷冻扫描电镜(cryo-SEM)表征生物墨水粒径(193.3 nm)和孔径(4.15 μm)；3) 流变学测试温度响应性(凝胶起始温度14.5°C)和自修复性能；4) DPPH和H2DCFDA实验验证抗氧化活性；5) 糖尿病小鼠模型评估伤口愈合效果。

Synthesis and characterization of the Tyr-PPZ polymer
通过三步取代反应将异亮氨酸乙酯(IleOEt)、氨基聚乙二醇(AMPEG)和酪胺(Tyr)接枝到聚磷腈骨架上，¹
H NMR显示Tyr特征峰(6.77/7.03 ppm)，FT-IR证实芳香环结构。引入6% Tyr使最大储能模量(G′_max
)较传统PPZ提升41%，为后续生物墨水奠定力学基础。

Preparation and characterization of the TP and PC bioinks
咖啡酸(CA)通过π-π相互作用均匀分散于TP生物墨水，2D NOESY NMR显示芳香环质子交叉峰。PC生物墨水孔径(4.15±0.58 μm)较TP减小55%，形成更致密网络。

Rheological analysis of the TP and PC bioinks
PC生物墨水在26°C打印温度下展现剪切稀化行为，37°C时G′达3,427 Pa。交替应变测试显示58%模量恢复率，证实CA增强的物理交联网络具有优异自修复性。

ROS scavenging effect of antioxidants encapsulated in PC bioink
DPPH实验显示PC生物墨水自由基清除率达79%，与游离CA相当。通过持续释放CA(30天释放18.5%)，显著降低RAW264.7细胞内ROS，使M2标志物Arg-1和IL-10表达提升7.76倍和18.03倍。

In vivo wound closure in diabetic wounds treated with bioink
PCC生物墨水(含1×10⁶
cells/ml成纤维细胞)治疗组第7天伤口面积较对照组缩小58.3%，14天闭合率达95.9%。组织学显示其促进毛囊再生，胶原沉积量增加2.2倍，CD206⁺
M2巨噬细胞浸润提升38.4%。

该研究首创将热响应性、抗氧化和细胞递送功能整合于单一生物墨水系统，其三大突破在于：1) 通过Tyr和CA的协同作用实现高分辨率(100-150 μm)打印与长期结构稳定；2) 物理交联机制避免光引发剂毒性；3) 双功能治疗策略同步解决氧化应激和细胞再生难题。这种"墨水即治疗"的设计理念，为个性化医疗设备开发提供新范式。