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海德堡大學(xué)分子系統(tǒng)工程與先進(jìn)材料研究所的Eva Blasco教授所在團(tuán)隊(duì)在Materials Science上發(fā)表了相關(guān)論文，提出了一種通過雙光子激光打印（2PP）制造用于細(xì)胞培養(yǎng)的三維(3D)微結(jié)構(gòu)多材料的簡(jiǎn)單方法。細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)是天然組織中細(xì)胞的三維支架，它通過機(jī)械、結(jié)構(gòu)和生化信號(hào)調(diào)節(jié)細(xì)胞粘附、遷移、分化和凋亡等過程。盡管目前細(xì)胞主要在二維環(huán)境中培養(yǎng)，但人們對(duì)三維環(huán)境對(duì)細(xì)胞過程影響的認(rèn)識(shí)不斷提高，這促使人們轉(zhuǎn)向使用類似 ECM 的 3D 材料進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)，例如支架、球體和膠囊。這為保持或操縱自然細(xì)胞行為開辟了可能性。

軟性生物相容性材料適合作為 3D 細(xì)胞培養(yǎng)的支架，而水凝膠是這種情況下常用的材料類型。最近，用于 2PLP 的水凝膠生產(chǎn)墨水的開發(fā)激增。聚乙二醇二丙烯酸酯 (PEGDA) 或丙烯酰胺 (AAm) 等單體和交聯(lián)劑廣泛用于這些目的。它們具有可靠的可打印性，并且可以高純度化學(xué)合成，從而確保可重復(fù)的機(jī)械性能。然而，最終打印的材料必須顯示出細(xì)胞粘附特性，才能允許細(xì)胞在其上或內(nèi)部培養(yǎng)。PEGDA 或 AAm 等合成前體通常具有排斥細(xì)胞的特性。因此，已經(jīng)開發(fā)了各種策略來賦予細(xì)胞粘附性。最常見的是，預(yù)固化的水凝膠用細(xì)胞粘附肽基序（例如 Arg-Gly-Asp (RGD)）進(jìn)行后功能化。這種修飾過程可以實(shí)現(xiàn)高分辨率圖案化和多正交線索的實(shí)現(xiàn)，并且可以高精度地調(diào)整細(xì)胞粘附程度和對(duì)蛋白質(zhì)的特異性。然而，這些方法通常是多步驟過程，需要根據(jù)具體情況進(jìn)行仔細(xì)優(yōu)化。

所有上述生產(chǎn)細(xì)胞粘附材料的方法都面臨著各種挑戰(zhàn)和限制，因?yàn)槿狈?duì)所用材料的完整和精確的分子控制。本文提出了一種通過 2PP 生產(chǎn)用于細(xì)胞培養(yǎng)的多材料 3D 微結(jié)構(gòu)的直接方法。與之前報(bào)道的策略相比，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)單快速的材料制造、功能前體的自下而上分子控制以及高度的可定制性。在他們的研究中，Blasco等人使用包含化學(xué)合成的含 RGD 肽的可打印的基于 PEG 的細(xì)胞粘附材料，從而可以精確控制肽墨水設(shè)計(jì)。重要的是，只需要少量的 RGD 肽（1 mM，< 0.1 wt%）即可實(shí)現(xiàn) PEG 材料中的細(xì)胞粘附性。因此，使用和不使用 RGD 打印的結(jié)構(gòu)顯示出相同的機(jī)械性能。我們利用我們方法的這一優(yōu)勢(shì)來生產(chǎn)具有均勻剛度和細(xì)胞粘附和細(xì)胞排斥斑塊的多材料結(jié)構(gòu)。通過對(duì) RGD 肽進(jìn)行熒光標(biāo)記，Blasco等人能夠可視化其在這些印刷品的細(xì)胞粘附區(qū)域中的存在。

為了證明他們的材料制造方法在 3D 細(xì)胞培養(yǎng)領(lǐng)域的廣泛適用性，他們使用Nanoscribe Photonic Professional GT2系統(tǒng)打印細(xì)胞粘附 2.5D 和 3D 結(jié)構(gòu)，并在這些結(jié)構(gòu)內(nèi)培養(yǎng)成纖維細(xì)胞。結(jié)果表明他們的方法能夠打印可用于各種應(yīng)用的高分辨率、真正的 3D 結(jié)構(gòu)，包括復(fù)雜環(huán)境中的細(xì)胞研究。

Blasco等人的研究提出了一種利用2PP技術(shù)制造細(xì)胞粘附和細(xì)胞排斥多材料3D微結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新方法。與傳統(tǒng)方法相比，這種方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：1. 簡(jiǎn)化制造過程；2. 實(shí)現(xiàn)分子水平上的精確控制；3. 高度可定制性。這些優(yōu)勢(shì)使得該方法在3D細(xì)胞培養(yǎng)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。