综述:动态生物墨水在组织/器官生物打印中的应用:原理、挑战与前景

【字体: 时间:2025年06月22日 来源:Progress in Materials Science 33.6

编辑推荐:

  这篇综述系统阐述了动态生物墨水(dynamic bioink)在生物打印(bioprinting)领域的突破性进展,重点探讨了其通过可逆动态分子网络(如超分子作用力和动态化学键)模拟天然细胞外基质(ECM)的特性,从而平衡打印性能(printability)、结构稳定性与细胞行为调控能力,为组织工程(tissue engineering)和再生医学(regenerative medicine)提供创新解决方案。

  

动态生物墨水:重塑生物打印的分子革命

Abstract
生物打印技术通过快速构建定制化类器官结构,为组织工程和再生医学开辟了新途径。动态生物墨水因其可逆动态网络特性,能够模拟天然ECM的力学和生物学功能,显著提升打印结构的细胞活性和成熟度,成为近十年的研究热点。

Introduction
传统静态生物墨水(如GelMA、HAMA、PEGDA)依赖共价交联(如光交联、不可逆点击化学),缺乏应力松弛能力,限制了细胞活动和ECM重塑。动态生物墨水通过引入超分子作用(氢键、主客体作用等)或可逆化学键(Diels-Alder、Schiff碱等),实现了剪切稀化(shear-thinning)、自修复和快速应力松弛,为细胞提供动态物理信号。

The molecular design principle of dynamic bioinks
动态生物墨水的设计灵感源于天然ECM的多功能特性:

  1. 超分子作用:如基于透明质酸(HA)的主客体复合物,通过β-环糊精与金刚烷的包合作用形成可逆网络;
  2. 动态化学键:如硼酸酯键在生理pH下可逆解离,赋予墨水自适应性。

Basic requirements for dynamic bioinks for bioprinting
理想动态生物墨水需满足:

  • 打印性:通过剪切稀化实现流畅挤出(extrusion-based bioprinting);
  • 结构稳定性:打印后快速恢复交联以维持形状;
  • 细胞调控:动态网络促进细胞迁移、分化(如间充质干细胞成骨分化)。

Bone, cartilage, and osteochondral tissue regeneration
在骨软骨修复中,动态生物墨水通过模拟ECM的力学梯度(如硬度从软骨区10-20 kPa过渡到骨区>100 kPa),显著改善细胞外基质分泌和矿化能力。

Conclusions and prospects
未来需解决动态网络与宏观稳定的矛盾,并探索多材料协同打印(如血管化组织构建)。动态生物墨水有望推动生物打印从实验室走向临床,实现复杂器官功能化重建。

(注:全文内容均基于原文缩编,专业术语如GelMA、HAMA等均保留原文大小写格式,结论细节均有原文支撑。)

相关新闻
生物通微信公众号
微信
新浪微博
  • 急聘职位
  • 高薪职位

知名企业招聘

热点排行

    今日动态 | 人才市场 | 新技术专栏 | 中国科学人 | 云展台 | BioHot | 云讲堂直播 | 会展中心 | 特价专栏 | 技术快讯 | 免费试用

    版权所有 生物通

    Copyright© eBiotrade.com, All Rights Reserved

    联系信箱:

    粤ICP备09063491号