透明質酸雙交聯策略：探索應用於【3D生物列印】軟骨形成之路的【生物墨水】 (Bioink)

透明質酸雙交聯策略：探索應用於【3D生物列印】軟骨形成之路的【生物墨水】 (Bioink)

前言

在當前再生醫學的不斷發展中，3D生物列印技術的應用日益受到關注。今天要介紹一種，透過透明質酸 (Hyaluronic acid, HA) 與生物素 (Biotin)、Streptavidin及海藻酸鈉 (Alginate sodium) 合成進行連結，使水膠初步交聯，再利用二次交聯的雙交聯策略來開發3D生物列印所用的生物墨水，並加入脂肪幹細胞 (Adipose-derived stem cells，ADSCs)一起列印，來測試列印後支架的生物相容性及軟骨形成的潛力。

一、雙交聯策略的優勢

雙交聯策略如下圖，其包含兩個連續的交聯步驟

The strategy of 3D bioprinting with double crosslinking steps.

圖片來源：Swathi Nedunchezian et al., 2021. (Figure 1)

• 首先透過HA-ADH與生物素進行連結，再以非共價鍵方式交聯生物素和Streptavidin形成HBS，使HA為基質的水凝膠具有較好的黏彈性和機械結構；再將HBS加上海藻酸鈉混合後以【ROKIT的3D生物列印機】印出想要的支架形狀，再浸入CaCl₂中進行二次交聯，來增強支架列印後的穩定性 (形成HBSAC水凝膠結構)。
• 水凝膠的部分交聯和與鈣離子的離子交聯，形成最終的HBSAC水凝膠結構。

總而言之，這種策略的優勢在於：列印時水膠為較軟性材料易於被擠出，減少細胞損傷，二次交聯可增強支架的結構完整性。

二、HBSAC水膠的生物相容性

在此篇研究中針對HBSAC水膠的生物相容性和細胞毒性進行了評估。

細胞存活率評估表明，與HA組相比，HBSAC水膠和已用3D生物列印機列印出支架的HBSAC水膠顯示出細胞存活率隨培養天數增加而成長。

另外在活/死染色中又再進一步證實了HBSAC水膠支架的優異生物相容性。

結果顯示，HBSAC水膠支架具有良好的生物相容性和無細胞毒性，可用於進一步的軟骨生成能力評估。

三、軟骨形成分化能力評估

本篇研究通過基因表達和組織學染色等方法評估了HBSAC水膠支架對軟骨形成分化能力的影響。

在基因表達方面，使用qPCR方法對軟骨生成標記基因SOX-9 (在軟骨形成過程中，最早表現的標記物) 表現量進行偵測，發現在培養5天後，HBSA的mRNA產量顯著大於HA組別 (對照組) 。

並於培養後第7及第14天進行sGAG (細胞外基質中的硫酸化糖胺聚醣) 的染色，結果發現HBSA組之聚集現象均比HA組 (對照組) 明顯，並於14天時所測得指標基因皆與染色結果相同。

還發現在培養5天後，HBSA組比HA組更易形成COLⅡ而不是COLⅠ；表示ADSCs轉化成透明軟骨的可能性。

因此，HBSAC水膠支架對軟骨形成分化能力具有極大的潛力。

四、總結

隨著作者的引導，我們一同走了一回開發新型生物墨水（Bioink）的探索之旅。

這篇文章深入探討了3D生物列印技術中的水膠交聯策略，並成功創地建了具眾多優勢的【生物墨水】。

總的來說，這項研究為【3D生物列印】技術的發展提供了有力的支持，為再生醫學領域的應用打開了新的可能性。隨著未來的研究不斷深入，相信這一技術將在個人化組織植入物和治療方法開發方面發揮關鍵作用。

五、參考文獻

Generating adipose stem cell-laden hyaluronic acid-based scaffolds using 3D bioprinting via the double crosslinked strategy for chondrogenesis. 2021.

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