3D打印技术现在早已不新鲜,它被广泛地运用在工业设计、建筑、汽车、航空航天、牙科骨科医疗等领域。那么,是否有一天,生命体的器官可以实现3D打印并替代“原装”的器官呢?威尼斯9499登录入口化学系刘冬生教授课题组与英国瓦特大学Will Shu(舒文淼)教授合作的研究成果“DNA水凝胶”,从材料上又向这一梦想迈进了一步。
因为高含水量并且和细胞外基质十分相似,水凝胶是三维组织打印和人工器官制备的首选基材,也因此成为化学、材料和生命医学领域的研究热点。但因为无法同时满足活细胞3D打印要求的细胞相容性、力学强度、通透性、快速成型等苛刻条件,在“DNA水凝胶”问世之前学界和业界都没有找到适合3D器官打印的材料解决方案。
刘冬生教授课题组与合作者共同制备了一类新的水凝胶材料,此材料可以同时满足多项活细胞3D打印的需求:速度快,可以达到秒级成型;条件温和,过程完全在生理条件下完成,不涉及化学反应以及能够对细胞造成伤害的外界刺激;强度、通透性好,打印出来的产品最终尺寸可以达到厘米级别以上的尺度,不变形和软化,还能够保证细胞生长所需营养物质的输送。此外,该材料还具有非常好的触变性和自修复性能,在细胞生长的同时可以不断改变自身的结构,能够在保证对细胞提供足够支撑的情况下不限制其扩增。更重要的是,该凝胶材料可以根据需要迅速分解不残留,为将来3D打印器官的活体移植创造了条件。
该成果论文2015年初发表于《德国应用化学》,并用“媒体推介”的形式进行重点报道。同时,该项成果被2月26日出版的《自然》杂志研究亮点报道关注,评价该材料是“一种非常有前景的打印三维组织和人工器官的材料”,还评论说“此凝胶可以通过多层打印实现厘米级结构的构建”,“有足够好的强度维持其形状、不塌缩也不溶涨,但可以被(特定的)DNA内切酶迅速解离”,“共同打印的活细胞可以保持活性”。