核黄素-5′-磷酸介导的聚(α-氨基酸)生物墨水蓝光光交联技术在3D生物打印中的应用

《Reactive and Functional Polymers》：Riboflavin-5′-phosphate mediated blue-light photocrosslinking of poly(α-amino acid) bioinks for 3D bioprinting applications

　　

安娜·埃莱娜·莫兰·埃斯皮诺萨|雅娜·德沃拉科娃|安娜·戈卢诺娃|伊日·霍丹|维捷斯斯拉夫·克里兹|弗拉基米尔·普罗克斯

捷克科学院大分子化学研究所，捷克共和国布拉格6区海罗夫斯基广场2号，邮编162 06，捷克共和国

摘要

3D生物打印需要具有生物相容性且流变特性可调控的生物墨水。在本研究中，我们首次将可见光驱动的核黄素-5′-磷酸（FMN）/L-精氨酸光引发体系与合成的、完全可降解的聚(α,L-氨基酸)（PolyAA）前体结合使用，具体为甲基丙烯酸化的聚(N⁵–2-羟乙基-L-谷氨酰胺)（PHEG-MA）和甲基丙烯酸化透明质酸（HA-MA）。通过对FMN（0.1–0.5% w/v）和L-精氨酸（1–2% w/v）浓度的系统研究，我们发现了在温和可见光（450纳米，30毫瓦/平方厘米）条件下实现高效凝胶化的特定动力学范围。由此得到的PHEG-MA和HA-MA水凝胶具有较高的产率，且交联密度和机械性能均可调控。基于这些发现，我们开发了一系列用于3D生物打印的PHEG-MA基生物墨水。为解决PHEG-MA固有粘度较低的问题，我们设计了以HA-MA和瓜尔胶作为流变改性剂的模块化生物墨水平台。该方案使得在多种3D生物打印设备上都能实现高精度打印，包括温度控制式挤出打印、电磁滴液打印以及Cellink BIO X 3D打印机上的光固化打印头。由此制备的生物结构在培养条件下具有结构稳定性，且包裹在内的HEK 293 T细胞的存活率也很高。这表明，这类基于PolyAA的模块化配方是一种多功能、对细胞友好的替代品，可替代明胶甲基丙烯酸酯（GelMA）等动物源生物墨水，具备在组织工程领域应用的潜力。