基于胶原甲基丙烯酸酯(ColMA)与单宁酸(TA)后处理的双网络水凝胶DLP 3D打印技术及其在再生医学中的应用

【编辑推荐】本研究针对胶原基DLP打印材料脆性大、需合成共聚物的问题，开发了ColMA/HAMA生物墨水体系，通过单宁酸(TA)后处理构建双交联网络，显著提升水凝胶机械强度(0.25-30 mg/mL TA处理)并保持生物相容性(0-0.25 mg/mL最佳)，其抗氧化特性为高ROS环境应用提供新方案。

　　

在组织工程领域，胶原蛋白作为人体含量最丰富的细胞外基质蛋白，因其优异的生物相容性和促细胞黏附特性被视为理想生物材料。然而传统光交联胶原水凝胶存在致命缺陷——机械脆性导致其难以承受手术缝合应力，且现有数字光处理(DLP)打印技术多依赖聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)等合成共聚物，这些非降解材料可能阻碍临床转化。更棘手的是，高浓度胶原甲基丙烯酸酯(ColMA)虽能改善成型性，却会因溶液粘度过大影响打印精度。

美国Uniformed Services University的研究团队在《Bioprinting》发表创新成果，通过引入天然共聚物透明质酸甲基丙烯酸酯(HAMA)优化ColMA墨水光固化速率（从52.2秒缩短至达标值），结合单宁酸(TA)后处理构建共价/非共价双交联网络。这种仿生策略巧妙利用了TA与胶原脯氨酸残基的特异性氢键作用，在7 mg/mL低ColMA浓度下实现高分辨率打印，TA处理(30 mg/mL)使压缩模量提升15倍而不影响生物活性。

关键技术包括：1）流变光固化测试筛选ColMA/HAMA配比；2）DLP打印参数优化；3）TA梯度浓度(0.25-30 mg/mL)后处理评估机械性能；4）成人真皮成纤维细胞培养验证生物相容性；5）DPPH自由基清除实验检测抗氧化能力。

【材料优化】
添加3 mg/mL HAMA使光固化时间缩短至30秒内，粘度保持<10 Pa·s，成功打印出50 μm精细结构。

【机械增强】
TA通过酚羟基与胶原形成动态氢键网络，30 mg/mL处理组断裂能达对照组的8倍，实现"牺牲键"能量耗散机制。

【生物相容性】
低TA浓度(0.25 mg/mL)组细胞存活率>95%，但5 mg/mL以上出现明显毒性，提示临床应用需控制TA剂量。

【抗氧化特性】
TA处理组清除DPPH自由基效率提升60%，证实其在氧化应激环境中的保护潜力。

该研究突破性地将植物多酚化学与生物制造结合，不仅为复杂组织结构打印提供新方案，其TA介导的动态交联机制更为设计智能生物材料开辟新路径。军事医学应用背景下的经费支持（HU00011920056等）凸显其在战伤修复领域的特殊价值，而全天然组分策略显著优于含PEGDA体系，有望加速临床转化进程。