3D生物打印多糖水凝膠的最新進展

多糖水凝膠可以模擬天然細胞外基質并具有吸引人的物理化學和生物特性，已成為3D生物打印的重要生物墨水。多糖水凝膠能夠以類似于自然細胞環(huán)境的方式增強細胞粘附、增殖和分化，因此被廣泛應用于組織工程和再生醫(yī)學領域。

近期，貝爾法斯特女王大學Lalitkumar K. Vora/布魯塞爾自由大學Fouad Damiri團隊全面研究了多糖水凝膠驅動的3D生物打印的制造方法、特性和應用，強調了其在組織工程、藥物遞送和再生醫(yī)學方面的潛力，為該領域的未來研究提供了相關知識。

相關研究成果以“Recent advances in 3D bioprinted polysaccharide hydrogels for biomedical applications: A comprehensive review”為題于2024年10月16日發(fā)表在《Carbohydrate Polymers》上。

首先，本文概述了用于3D生物打印的各種來源（海洋、植物/種子、細菌和動物/人類）的多糖水凝膠。其中，海洋來源的多糖包括殼聚糖（圖1）、海藻酸鹽、瓊脂糖（圖2）和角叉菜膠；植物/種子來源的多糖包括纖維素及其衍生物（圖3）、淀粉和果膠（圖4）；細菌來源的多糖包括黃原膠、葡聚糖（圖5）和普魯蘭多糖；動物/人來源的多糖包括透明質酸（圖6）、硫酸軟骨素（圖7）和肝素。  

圖1各種基于殼聚糖的3D打印結構   

圖2 各種基于瓊脂糖的3D打印結構

圖3 各種基于纖維素的3D打印結構   

圖4 各種基于果膠的3D打印結構

圖5 基于葡聚糖的3D打印結構

圖6 基于透明質酸的3D打印結構

圖7 基于硫酸軟骨素的3D打印結構  

隨后，本文介紹了七種不同類型的生物打印機：噴墨、激光輔助、擠出、立體光固化、微閥、聲學和針陣列生物打印機（圖8）。此外，還提供了每個打印模塊的功能機制和顯著特征的簡要概述。選擇合適的生物打印機需要仔細考慮要打印的組織或器官的獨特結構需求。

圖8 3D生物打印分類概述

為了強調全部或部分由多糖組成的3D打印水凝膠的潛在應用，本文回顧了過去五年來這一令人興奮的研究領域取得的進展。鑒于這些材料的廣泛適用性，本文重點介紹四個主要領域：再生醫(yī)學和組織工程（表1）、細胞培養(yǎng)（表2）、藥物遞送（表3）和生物傳感。

表1 用于再生醫(yī)學和組織工程的3D打印多糖水凝膠（部分）   

表2 基于細胞培養(yǎng)應用的多糖的3D打印水凝膠（部分）   

表3 基于多糖的3D打印水凝膠用于藥物輸送應用   

盡管基于多糖水凝膠的3D生物打印材料在各種生物醫(yī)學應用中具有巨大的前景，但需要解決一些挑戰(zhàn)才能充分發(fā)揮其潛力（圖9）。為了解決使用3D生物打印開發(fā)和制造水凝膠的復雜挑戰(zhàn)，研究人員可以利用新興技術，如混合構建體、多功能平臺和原位給藥方法，開發(fā)創(chuàng)新解決方案，以滿足現(xiàn)有的臨床需求。

   

圖9 面臨的主要挑戰(zhàn)         

文章來源：https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2024.122845