基于纤维素纳米纤维增强的无异源肽基生物墨水在3D打印中的应用研究

这篇综述创新性地开发了一种基于自组装肽（Fmoc-FF）和纤维素纳米纤维（CNF）的无异源（xeno-free）生物墨水，通过非化学交联方式构建了模拟天然细胞外基质（ECM）的3D支架。该材料具有优异的机械稳定性（存储模量达16 kPa）、高细胞相容性（存活率>95%）及自支撑打印特性，解决了传统动物源生物墨水（如GelMA）的病原体风险和批次差异问题，为骨再生等生物医学应用提供了新策略。

　　

组织再生与生物墨水的挑战

组织再生受限于人类组织的自我修复能力，需要同时恢复机械完整性和生物功能。3D打印技术能精确构建模拟天然ECM的支架，但传统动物源生物墨水（如胶原/明胶）存在病原体污染、免疫反应和批次不稳定性问题。化学交联剂的使用还会导致毒性残留，而肽基材料（如Fmoc-FF）通过π-π堆积和疏水作用自组装，可避免这些问题。

新型生物墨水的设计与表征

研究团队开发了五种Fmoc-FF与乙烯二醇修饰衍生物（PepA）的复合配方（比例3:1至1:3），固定CNF浓度为5 mg mL^?1。透射电镜（TEM）显示所有配方均形成纳米纤维网络，高分辨扫描电镜（HRSEM）证实其具有类似ECM的多孔结构。流变学测试表明，含PepA比例高的凝胶（如1:3）成胶最快（<4分钟），而2:1配方在室温下存储模量最高（16 kPa）。蛋白水解实验显示，1:3凝胶在蛋白酶K中1周降解率达50%，而2:1仅20%，说明可通过配比调控降解速率。

生物相容性与细胞行为

MG63成骨细胞实验显示，1:1和1:2配方7天后细胞存活率达95%，而3:1仅50%。人源间充质干细胞（hMSCs）在1:1凝胶中铺展更充分，活死染色显示绿色荧光覆盖率高。细胞伪足通过HRSEM清晰可见，证实材料支持细胞粘附和ECM沉积。

3D打印性能优化

采用22G和27G针头评估打印精度时，1:1凝胶的丝状扩散比最低（2倍），形状保真度最佳（Pr=1.17）。悬浮介质打印中，明胶基介质成功支撑下颌骨缺损模型的复杂结构，洗脱后支架仍保持完整。多层打印实验证明不同配方可协同构建异质结构，如透明（1:1）与蓝色（2:1）凝胶的交替圆柱体。

应用前景与创新性

该研究首次将CNF与自组装肽结合，无需UV/化学交联即可实现高精度打印。其xeno-free特性规避了临床转化的免疫风险，而可调的机械性能和降解速率使其在个性化骨修复和药物筛选领域具有潜力。未来可探索该平台在生长因子控释或肿瘤微环境模拟中的应用。

（注：全文严格依据原文数据归纳，未添加非文献结论）