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国家儿童医学中心（上海）、上海交通大学医学院附属上海儿童医学中心付炜、王伟团队联合东华大学游正伟教授团队在权威期刊《Matter》（中文名《材料》）在线发表了题为“Intrinsically Cryopreservable Bacteriostatic Durable Glycerohydrogel Inks for 3D Bioprinting”（可直接细胞冻存的抑菌3D生物打印甘油水凝胶墨水）的研究成果。该论文首次提出了将甘油用于调控“自由水”状态进而合成甘油水凝胶生物墨水的概念，并证实了该款生物墨水具有抑菌性、形状保真、适合3D生物打印和细胞冻存保护等一系列特性，具有广泛的生物医学应用前景。
3D生物打印能够制备不同形态、不同细胞成分的3D组织模型，因此在生物医学应用中发挥着越来越重要的作用，被广泛应用于再生医学、疾病建模和药物筛选等领域。
相关实验说明解析。受访者供图
但实现3D生物打印的关键是“生物墨水”。水凝胶凭借着优异的生物相容性以及能够模拟细胞外基质的特点，成为常用的生物墨水材料之一。以往对水凝胶生物墨水的研究主要聚焦于3D生物打印后组织的细胞相容性和细胞存活率。但普通水凝胶生物墨水客观上为细菌繁殖提供了潮湿和封闭的环境，所含有的水分也容易蒸发。生物墨水抑菌能力差、3D打印组织难以长期形状保真、3D打印组织的冷冻保存效果不佳等问题一直困扰着3D生物打印技术的进一步发展。
目前，从全球范围来看，亟需建立一种新的生物墨水体系，以促进3D打印技术的实际应用。
上海儿童医学中心与东华大学合作开发了一种多功能甘油水凝胶作为生物墨水来逐条解决上述问题。关键步骤在于使用了甘油来调节生物墨水中“水”的状态。甘油水凝胶中有限的“自由水”不利于细菌繁殖，能够显著抑制大肠杆菌和霉菌的生长。通过3D打印制备的甘油水凝胶支架也能够通过抑制“水”的蒸发来维持形状保真度，且甘油水凝胶中的细胞比普通水凝胶中的细胞表现出更高的活性。此外，因为甘油水凝胶中的大部分水都结合在一起，进而抑制了结晶，所以打印的组织可以直接冷冻保存而无需添加冷冻保护剂。
上海儿童医学中心儿科转化医学研究所PI、副研究员付炜表示，这种墨水未来可用于进行多种组织器官的体外生物打印。另外，由于该水凝胶系统兼具抗菌、形态维持及细胞保护功能，也可用于体内细胞治疗，帮助提高细胞驻存率，更好地发挥治疗作用。据悉，付炜和王伟教授团队长期致力于mRNA、生物材料与干细胞在心脏等各种组织修复再生方向的研究，近三年已在《Matter》等顶尖期刊发表一系列论文，并获多个国家自然科学基金项目资助。
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