納米多孔PEGDA 墨水，用于3D打印器官芯片

來(lái)源： EFL生物3D打印與生物制造

器官芯片 (OoC) 系統(tǒng)已成為藥物研發(fā)、生理監(jiān)測(cè)和個(gè)性化醫(yī)療等各個(gè)領(lǐng)域的一種有前途的體外實(shí)驗(yàn)替代工具。聚二甲基硅氧烷 (PDMS) 常用于器官芯片 (OoC) 系統(tǒng)，但在復(fù)制復(fù)雜幾何形狀方面存在局限性，阻礙了其在創(chuàng)建3D OoC模型方面的有效性。此外，吸收疏小水分子等其他局限性也可能導(dǎo)致對(duì)藥物毒性和療效的評(píng)估不準(zhǔn)確。

近日，加拿大麥吉爾大學(xué) David Juncker等報(bào)道了一種易于3D 打印的新型生物相容性多孔PEGDA (P-PEGDA) 墨水，并對(duì)四種不同細(xì)胞系進(jìn)行了符合 ISO標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)性細(xì)胞毒性研究，細(xì)胞存活率超過(guò)80%，凸顯了P-PEGDA 在未來(lái)體外研究中的潛力。相關(guān)工作以題為“Nanoporous, Gas Permeable PEGDA Ink for 3D Printing Organ-on-a-Chip Devices”發(fā)表于《Advanced Functional Materials》上。

圖1 3D 打印工藝和墨水成分示意圖

適用于OoC 應(yīng)用的墨水配方必須滿(mǎn)足以下標(biāo)準(zhǔn)：a) 可高分辨率3D 打印，b) 具有高透明度以用于高分辨率熒光顯微鏡，c) 透氣以用于封閉通道設(shè)備，d) 生物相容性且適合長(zhǎng)期細(xì)胞培養(yǎng)，以及 (e) 具有足夠的細(xì)胞附著力。基于這些標(biāo)準(zhǔn)，研究人員以PEGDA-250作為親水單體，PEG-200作為致孔劑（因?yàn)樗�能夠溶解在親水單體中，并從固化結(jié)構(gòu)中擴(kuò)散出來(lái)，留下孔隙，它還無(wú)毒，已獲得FDA批準(zhǔn)，并廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)），創(chuàng)建了可以進(jìn)行氧氣交換，并有助于去除3D打印結(jié)構(gòu)中的有毒和未反應(yīng)成分的納米多孔油墨配方。在此基礎(chǔ)上，研究人員測(cè)量了不同致孔劑濃度和不同曝光時(shí)間下光的穿透深度，以?xún)?yōu)化打印參數(shù)以實(shí)現(xiàn)Z方向的高精度。

圖2 P-PEGDA 墨水的 3D 打印性

為了使3D打印物體中形成的孔隙可視化，研究人員將打印樣品浸入水中以濾出致孔劑并在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生空隙，并使用圖像分析對(duì)孔徑分布進(jìn)行了定量分析，以評(píng)估3D打印部件中孔徑與致孔劑濃度的依賴(lài)關(guān)系，與0% PEG樣品相比，當(dāng)致孔劑濃度為10-30%時(shí)，平均孔徑從5nm增加到30nm。

圖3 不同濃度 PEG 致孔劑對(duì) P-PEGDA 墨水的表征

為了進(jìn)一步證明P-PEGDA墨水的優(yōu)勢(shì)，該研究還根據(jù)兩項(xiàng)ISO標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估了其細(xì)胞毒性，即涉及培養(yǎng)基轉(zhuǎn)移的ISO 10993-12:2009和涉及細(xì)胞共培養(yǎng)的 ISO 10993-5:2009。ISO 10993-12:2009為確定醫(yī)療器械引起皮膚刺激的可能性提供了指導(dǎo)，而 ISO 10993-5:2009為確定植入物等醫(yī)療器械引起細(xì)胞毒性的可能性提供了指導(dǎo)�；�于這些原則，研究人員們使用3D打印圓盤(pán)測(cè)量了四種細(xì)胞系的細(xì)胞活力，證實(shí)了該墨水適用于OoC應(yīng)用。   

圖4 P-PEGDA 的細(xì)胞毒性和細(xì)胞附著

含有 10% 致孔劑的P-PEGDA可在保持透明度的同時(shí)促進(jìn)更好的細(xì)胞粘附，研究人員在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了一種新穎的OoC系統(tǒng)，該模型包括一個(gè)螺旋支架，支架中央開(kāi)口處填充有癌癥球體。經(jīng)過(guò)14 天的共培養(yǎng)后，該裝置顯示出球體內(nèi)顯著的內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)芽和整合。

圖5 OoC 裝置中的細(xì)胞共培養(yǎng)

本文來(lái)源：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202315035