[发明专利]一种基于甲基丙烯酸化水凝胶/纳米粘土/脱细胞基质的复合生物墨水及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种基于甲基丙烯酸化水凝胶/纳米粘土/脱细胞基质的复合生物墨水，所述复合生物墨水的组分包括脱细胞基质溶液、光交联甲基丙烯酸化水凝胶以及纳米黏土。本发明还公开了所述的基于甲基丙烯酸化水凝胶/纳米粘土/脱细胞基质的复合生物墨水的制备方法及应用。本发明的基于甲基丙烯酸化水凝胶/纳米粘土/脱细胞基质的复合生物墨水，表征效果好，可打印性强，生物相容性好。

技术领域

本发明涉及生物墨水技术领域，具体涉及一种用于体外细胞打印的高活性复合生物墨水及其制备方法与应用。

背景技术

3D生物打印是一种能在数字三维模式驱动下按照增材制造原理定位装配生物材料或细胞单元，制造医疗器械、组织工程支架和组织器官的技术。近年来，3D打印技术和微流控技术的逐渐成熟，各式新型的器官组织芯片不断涌现，在筛选药物、推动个性化和精准化医疗快速发展方面具有重大的作用。既可以降低药物筛选的成本，也可以减少测试时间，节约人力和财力资源；更重要的是可以提高被测试对象的一致性，使实验结果更具有说服力。利用“生物墨水”作为打印材料，模拟天然的3D ECM，结合细胞以构建含有活性的组织或器官。虽然目前已研制出来的生物墨水非常类似于ECM的活性，但由于体外3D培养系统仍然缺乏促进细胞生长和维持细胞功能的合适天然生长因子，导致3D生物打印构建的组织活性相对原型具有较大的差距。因此使用天然生长因子对3D ECM进行模拟是当前3D生物打印实现高仿生性的当务之急。

具有复杂天然组成和仿生结构的脱细胞基质是生物墨水的首选。脱细胞基质是指将组织经过脱细胞工艺处理后，去除能够引起免疫排斥的抗原部分。具有良好的机械力学性能，良好的生物相容性，在体内起着支撑、连接细胞的作用，同时其三维空间的结构及生长因子有利于细胞的黏附和生长。

国内外对于脱细胞生物墨水的研究逐渐深入，2018年在Lab On A Chip上的一篇文章指出，基于肝脏脱细胞基质(DLM)的基本成分和明胶甲基丙烯酰胺(GelMA)整合之后制成肿瘤芯片，形成3D微流控结构动态培养系统，实验结果表明肿瘤性能得到了改善，这与脱细胞基质提供了生长因子以及相关生物活性成分，更好的再现3D肝脏的天然肿瘤微环境有关。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种新型的用于细胞打印的高活性复合生物墨水，该生物墨水以脱细胞基质为生物活性成分，并加入纳米黏土，提高了可打印性能。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于细胞打印的基于甲基丙烯酸化水凝胶/纳米粘土/脱细胞基质的复合生物墨水，所述复合生物墨水的组分包括脱细胞基质溶液(DECM)、光交联甲基丙烯酸化水凝胶(GelMA)以及纳米黏土(Nanoclay)。

进一步地，所述脱细胞基质溶液为脱细胞基质的胃蛋白酶溶液，其浓度优选为1-20mg/ml，更优选为1-10mg/ml。

本发明中，脱细胞基质可由动物或人的肝脏、肾脏、神经、脑、肠、胰腺、心脏、肺、胃、脾、胆、血管、肌肉、淋巴、耳朵、鼻子、眼等器官组织经脱细胞工艺处理得到，具有良好的机械力学性能以及生物相容性，其三维的空间结构以及生长因子也有利于细胞的粘附和生长。甲基丙烯酸酐化水凝胶是由甲基丙烯酸酐(MA)与明胶(Gelatin)制备获得，是一种光敏性的生物水凝胶材料，具有优异的生物相容性，且可由紫外光或可见光激发固化反应，形成适于细胞生长与分化且有一定强度的三维结构。两种材料的结合可显著提高生物墨水的生物活性，但也降低了生物墨水的可打印性。

进一步地，所述光交联甲基丙烯酸化水凝胶的浓度为1％-50％。