纖維狀組織（血管、肌肉、神經(jīng)等）是常見的組織結構。有沒有可能在體外構造出基本的微纖維單位，然后組裝成纖維組織呢？課題組這幾年除了探討基于微球的迷你組織外，還對基于纖維的迷你組織制造產(chǎn)生了濃厚的興趣。目前制造迷你纖維組織最大的挑戰(zhàn)在于如何制造出兼顧生物活性及可加工性的水凝膠微絲。高生物活性可確保載細胞的微纖維能在后續(xù)的培養(yǎng)中細胞建立連接，并誘導出組織的功能。

受限于制造工藝，基于海藻酸鹽體系的微纖維目前報道較多，但海藻酸鹽體系的水凝膠阻礙了后續(xù)的細胞發(fā)育，使其無法發(fā)展為微組織。GelMA水凝膠是一種生物活性非常好，同時能快速光固化的水凝膠材料，但GelMA的固化時間稍長（3-5s），同時載細胞的GelMA粘度較低，導致其直接制造難度較大。如能高效實現(xiàn)GelMA微纖維的制造，將有望發(fā)展出基于微纖維的迷你組織。

課題組受到旋繩效應的啟發(fā)，開發(fā)了一種同軸生物打印技術，采用課題組產(chǎn)業(yè)化的高性能水凝膠GelMA，實現(xiàn)了GelMA材料異質微纖維的制造，可打印多種組分，多種形態(tài)的纖維狀迷你組織。課題組在微纖維中包裹了內(nèi)皮細胞，內(nèi)皮細胞在很短的時間內(nèi)即可遷移到纖維表面，形成類微血管結構。

纖維狀組織（血管、肌肉、神經(jīng)等）也是常見的組織結構，而體外重建纖維形態(tài)的組織要求材料同時具備較強的可加工性和優(yōu)異的生物相容性。而現(xiàn)有研究采用的海藻酸鹽體系水凝膠可加工性能好，但生物性能較弱，限制了打印后組織功能的誘導。

甲基丙烯酸化水凝膠gelatin methacrylate (GelMA)，是一種光敏性生物水凝膠，兼?zhèn)漭^強的可加工性和生物相容性，是組織工程、生物醫(yī)學、生物制造等領域的熱門材料，具有極大的潛力。該材料的詳細介紹可參考我上一篇博文。

近日，浙江大學機械工程學院賀永教授團隊采用課題組和蘇州智能制造研究院聯(lián)合研發(fā)的GelMA材料，開發(fā)出了功能性形態(tài)可控GelMA微纖維，同時實現(xiàn)了纖維狀組織的功能化誘導。

相關論文Fiber-based Mini Tissue with Morphology-Controllable GelMA Microfibers近日刊登在WILLY旗下的SMALL雜志上。第一作者為博士生邵磊和博士后高慶，通訊作者為賀永教授。

GelMA微纖維同軸生物打印

在本文中，研究團隊基于流體懸繩效應，使用同軸噴頭流體控制系統(tǒng)進行了連續(xù)的微纖維制備（如上圖），微纖維以海藻酸鹽水凝膠為殼，以GelMA為核。核心GelMA率先進行光交聯(lián)成GelMA纖維，當外殼海藻酸鹽進入氯化鈣水浴時迅速反應凝膠化而形成外殼層。海藻酸鹽的作用是先快速定形，固定未完全固化的GelMA，待GelMA固化后，海藻酸鹽水凝膠可被消化去除。利用流體控制技術和精確操作，實現(xiàn)了GelMA微纖維尺寸和形態(tài)的調節(jié)，該方法制備的GelMA微纖維具有長、薄、柔性等特點。由于生物體內(nèi)組織組成成分多樣化，因此制備多材料異質纖維顯得很有必要。研究團隊對制造系統(tǒng)進行改進，制造出了多種多材料異質纖維結構（如下圖），如Janus結構，多層GelMA結構，雙平行和雙螺旋GelMA結構。

多組分異質GelMA纖維

研究團隊打印了裹人臍靜脈內(nèi)皮細胞（HUVECs）的直血管和螺旋血管迷你組織（如下圖），細胞在GelMA里可以增殖伸展并遷移。有趣的是，隨著培養(yǎng)時間的加長，內(nèi)皮細胞遷移到GelMA纖維外壁，并建立連接形成似血管的內(nèi)皮管腔，這是GelMA纖維外壁營養(yǎng)更充分導致細胞遷移的結果。

直血管制造

螺旋血管

血管制造