基于血管網(wǎng)絡(luò)在輸送營養(yǎng)、氧氣和信號因子及實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)組織所需溫度和pH值的重要作用，通過組織工程手段構(gòu)建血管三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將對組織修復(fù)、細(xì)胞治療和藥物篩選的應(yīng)用和研究具有重要意義。

在構(gòu)建血管組織工程支架的應(yīng)用方法中，3D生物打印使不同生物功能成分（如種子細(xì)胞、細(xì)胞外基質(zhì)及生物因子等）在時(shí)間和空間上的可控沉積成為可能。例如利用同軸生物打印仿生中空的纖維結(jié)構(gòu)，以此來作為血管導(dǎo)管，但該構(gòu)建方法難以制備出內(nèi)部連通的血管網(wǎng)絡(luò)；或利用3D生物打印直接構(gòu)建富有微孔和通道的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，但該結(jié)構(gòu)中有序的孔洞容易導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)框架的不穩(wěn)定及底部孔洞的變形等；或利用犧牲墨水（糖、PF127等）在預(yù)打印好的支架中形成貫穿的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，但該打印方法操作效率低，對負(fù)載的內(nèi)皮細(xì)胞也存在潛在的細(xì)胞毒性。

圖1 無孔隙構(gòu)建3D血管網(wǎng)絡(luò)凝膠支架的示意圖及凝膠結(jié)構(gòu)圖

以濃度分別為7.5 wt%的明膠和5 wt% GelMA作為生物墨水，研究者對比了直接3D打印法和無孔隙3D打印法構(gòu)建帶有孔隙結(jié)構(gòu)的GelMA凝膠網(wǎng)絡(luò)。實(shí)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)無孔隙3D打印法的可打印性更強(qiáng)，凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。且該打印方法也適用于其他生物墨水的3D打印，如雙鍵改性的透明質(zhì)酸等（圖2）。

圖2 直接3D打印和無孔隙3D打印的可打印性對比測試圖

圖3 無孔隙3D打印GelMA凝膠支架細(xì)胞生物活性及原位細(xì)胞內(nèi)皮化圖

除了血管組織工程支架的構(gòu)建，研究者探究了該無孔隙3D打印方法能否應(yīng)用于水凝膠基的微流控芯片的構(gòu)建。如圖4所示，研究者用PDMS作為封裝和支撐凝膠網(wǎng)絡(luò)的支架，3D打印構(gòu)建了不同圖案的微流控芯片模型。實(shí)驗(yàn)表明，微流體能夠均勻流通于凝膠網(wǎng)絡(luò)中，且不發(fā)生擴(kuò)散。基于該凝膠基微流控芯片的原位內(nèi)皮化實(shí)驗(yàn)表明內(nèi)皮細(xì)胞能夠均勻分布于凝膠網(wǎng)絡(luò)內(nèi)腔中，并形成貫穿的內(nèi)皮網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

圖4 無孔隙3D打印GelMA凝膠用于微流體灌注和原位內(nèi)皮化細(xì)胞芯片實(shí)驗(yàn)圖

綜上所述，研究者通過無孔隙3D打印方法實(shí)現(xiàn)了個(gè)性化、均一管狀結(jié)構(gòu)三維凝膠網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。相比其他犧牲墨水式3D打印方式，該方法解決了三維凝膠網(wǎng)絡(luò)易坍塌、低粘度生物墨水難以成型、內(nèi)皮細(xì)胞種植效率低等難題，且可以用來構(gòu)建內(nèi)部互通良好的水凝膠基微流控芯片。