新型“温控可收缩“水凝胶！血管、肾小管3D打印成为可能

长久以来，科学家试图在体外重现人体血管、肾小管等复杂微结构，却屡屡碰壁，究其原因，主要因为（1）精度极限：传统3D打印喷嘴直径普遍＞200微米，强行打印微小管道会导致堵塞；（2）细胞存活困境：模具灌注法易造成细胞分布不均，存活率不足70%；（3）成像障碍：收缩后材料浑浊，显微镜下无法观测细胞动态。

近日，荷兰乌得勒支大学科研团队突破性研发出一种能感知温度的神奇水凝胶，并结合3D体积打印技术，成功实现打印直径在微米级的管状结构，为人工器官制造开辟了全新路径。相关研究发表于《Advanced Functional Materials》的“Tunable Thermoshrinkable Hydrogels for 4D Fabrication of Cell-Seeded Channels"，这项研究成果不仅刷新了微观制造的精度纪录，更让"在实验室培育功能性器官"的梦想照进现实。

实  验  结  果：

1、热响应性水凝胶前驱体的合成与表征

本研究首先合成了一种ABA三嵌段共聚物PNH-MA，如下图。该共聚物设计整合了三个关键组分：i) 基于PNIPAM的热响应域，ii) 基于PEG的亲水块（确保收缩前后充分水合），iii) 共聚到热响应域中的HEA单体（通过甲基丙烯酸酯基团（MA）实现光交联）。

合成聚合物通过1H-NMR、尺寸排阻色谱（SEC）和超高效液相色谱（UPLC）表征，并测定浊点（CP）温度。

2、热收缩 PNH─MA 水凝胶的细胞相容性

为了评估新开发的可收缩材料的细胞相容性，将 ciPTECs 接种到圆柱形 PNH−MA 水凝胶的表面上，并在 14 天内监测细胞活力和表面覆盖率。结果表明，温度触发的收缩过程对涂层以及由此产生的细胞粘附和活力没有影响

3、通过体积打印获得的细胞接种的微通道

为了克服在直径小于 200 μm 的通道中接种细胞的限制，通过3D体积打印技术制造了具有特定设计的基于 PNH─MA 的支架中的空心通道，如下图A、B。

在细胞灌注接种过程中，为防止细胞悬液残留在入口区域或泄漏到出口，我们通过在干燥、潮湿的环境中暂时保持细胞灌注通道处于水平方向，直到发生细胞粘附。粘附在通道表面的细胞在 10 天内保持活力，随着时间的推移以增殖状态覆盖通道表面，如下图。

（H) 注入收缩通道的ciPTEC共聚焦显微镜图像（第7天），用钙黄蛋白AM（绿色，活）和PI（红色，死）染色。I，J) ciPTEC共聚焦显微镜图像（第7天）粘附在支架出口袋（I）和通道（J）上，用DAPI（蓝色，细胞核）和phalloidin（红色，肌动蛋白）染色。

结    论

在这项工作中，作者合成了一种新的热响应聚合物，它显示出可调特性，并允许通过光交联形成稳定的水凝胶，这些水凝胶响应于浸没其中的水介质的温度升高而发生（可逆的）各向同性收缩。这种收缩工艺被用作细胞接种的空心通道的 4D 制造策略，以将其直径减小 35-50%。此外，借助于3D体积打印制造技术打印的通道，收缩特性还显示出其密封塑料管周围水凝胶入口的优势，实现了防漏灌注，并将细胞接种到直径小于 200 μm 的通道中。与以前开发的热收缩材料相比，PNH─MA 在所有温度下都保持透明，有助于对通道内的细胞进行成像。

这项研究，标志着生物制造进入"细胞级精度"时代，这项技术不仅改写了制造规则，更让我们窥见了"人造器官"的无限可能。