生物墨水（Bioink）的設計與應用：海藻酸鹽-明膠複合型水凝膠之印刷適性評估
3D生物列印的生物墨水（Bioinks）在組織再生應用中具有巨大的潛力。本文將引領您進入生物墨水（Bioinks）設計之世界，快來看看北醫的團隊如何運用海藻酸鈉（Sodium alginate）與明膠（Gelatin）設計出適用於組織再生工程的的生物墨水吧!
生物墨水的設計與應用
在組織再生領域中，生物列印技術已成為引人注目且的創新方法。海藻酸鈉和明膠作為天然高分子材料，可用來模擬細胞外基質的成分，並具有促進細胞生長、黏附和增殖的功用。
北醫的研究團隊通過調節上面二種材料的組合參數，設計適用於組織修復、重建或再生的生物墨水。他們使用了不同濃度的明膠與2 g的海藻酸鈉做組合(濃度如下表)，並對生物墨水的濕潤性、流變特性和適印性進行了評估。通過優化生物墨水的組合，可以實現更好的細胞存活性和3D生物列印的結果。（推薦文章：新興生物墨水（Bioink）絲素蛋白（Silk fibroin）對於組織工程的應用前景）
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組別 |
GBH-1 |
GBH-2 |
GBH-3 |
GBH-4 |
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海藻酸鈉 |
2 g溶於50 mL PBS |
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明膠 |
1% (0.5 g) |
2% (1.0 g) |
3% (1.5 g) |
4% (2.0 g) |
生物墨水的特性評估
他們的研究團隊進行了一系列試驗，以評估不同濃度生物墨水的特性。
(1)濕潤性測試：接觸角會影響印刷適性測試，當接觸角減少時，在列印過程中墨水會迅速崩解。研究結果顯示，列印後10分鐘，GBH-2組別的接觸角損失率最低，展現出良好的特性。
(2)流變性變化(Rheological Variation)：在此試驗中，GBH-2組別的生物墨水與市售水凝膠對照組最呈現出相似的結果，表示此種組合是可行的。
(3)適印性：所研究的生物墨水印刷後的細絲融合和塌陷測試結果如圖所示。GBH-2生物墨水的印刷表現與對照組相似。此外，列印後24小時，此組生物墨水所形成的細胞支架沒有出現任何塌陷現象，結構保持穩定。這些結果表明，此種生物墨水具備穩定的印刷適性潛力。
(4)列印後細胞存活率評估：對於表現出最佳特性的GBH-2生物墨水，進行了人類角膜成纖維細胞存活率的分析。結果顯示，在列印前後並無顯著差異，且經過生物墨水交聯後培養7天，細胞存活率雖稍有下降，但仍保持約有70%的存活力。
北醫的研究團隊指出，運用2g海藻酸鈉和2%明膠製備成3D生物列印的水膠（Bioink）是可行的。根據目前的研究結果，此方法可提供一種新的策略，用於製備應用於軟組織工程上複雜地細胞支架。
未來研究展望
他們的研究結果為生物聚合物支架的3D生物列印生物墨水提供了重要的參考。未來的研究可以進一步優化生物墨水配方，以提高墨水的適印性和細胞存活性。此外，更需進行不同細胞株和生物墨水搭配的關聯。期待未來的研究能夠更有利於推動組織工程領域的發展，為醫學和生命科學領域帶來更多的突破和創新。
參考文獻：
A Three-Dimensional Bioprinted Copolymer Scaffold with Biocompatibility and Structural Integrity for Potential Tissue Regeneration Applications. 2022.
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