【导读】
创伤性脑损伤的伤者在颅骨切除术和颅骨修复术两场手术间需承担脑组织失去屏障带来的炎症风险。上海交通大学附属第一人民医院宋滇文教授和东华大学武培怡教授一起在Advance Functional Materials上发表了一项研究，利用捷诺飞研发的生物3D打印机的同步光固化喷头，打印出具有高弹性和生物活性的双网络水凝胶生物支架，有望实现颅骨切除后的直接修复，避免二次手术。

传统的颅骨修复材料的延展性很差，会因伤后变化的颅内压对脑组织产生损伤，无法直接在颅骨切除术后植入。理想的颅骨修复材料应该在保证足以保护脑组织的高强度的同时兼具可以应对变化的颅内压的弹性和延展性以实现直接植入，避免二次手术。本文提出的双网络水凝胶生物支架在用于颅骨修复时有以下优势：一，可适应颅内压变化的高延展性；二，能保护颅内组织的高模量；三，多孔结构实现营养物质的交换；四，促进骨组织修复的生物相容性和生物活性；五，自然可降解，无需手术取出。

在打印过程中，前驱物在挤出时受到紫外光同步照射，使丙烯酰胺单体发生聚合反应后固化。同步光固化的方式确保了打印材料挤出后立即固化，提升了打印的均一性，避免了材料的坍塌和变形。
打印完成后，生物支架在氯化钙溶液中浸泡2个小时，使海藻酸钠发生交联，形成双网络水凝胶生物支架。

研究团队通过对水凝胶支架进行撕扯验证了水凝胶互相结合的强度，证实多层打印的水凝胶被紧密结合，并且其强度足以承受颅内压的变化。
他们还利用水凝胶支架对葡萄糖溶液进行过滤，过滤后葡萄糖浓度仅降低了0.1mmol/L。这项测试表明多孔结构不会阻碍营养物质的通过。


为了验证双网络水凝胶生物支架的生物相容性和促进成骨的能力，该团队通过接种大鼠骨髓间充质干细胞（rBMSCs）进行了体外实验。图4所示的结果表明rBMSC细胞在这种支架上具有良好的生长状态，并且检测到了ALP的活性，证实了细胞发生成骨分化。

研发团队将生物支架用于修补大鼠的颅骨缺损，并对其进行了为期8个星期的观察。通过与不进行任何植入的对照组对比，证实水凝胶生物支架不仅没有对大鼠的健康产生影响，还促进了其颅骨的修复过程。
通过对水凝胶进行HE染色切片还观察到生物支架植入4周后已经大量降解，在植入8周后几乎完全降解，在植入后无需再次进行手术。


相关论文：Chen L, Li Z, Wu P, et al. Advanced Functional Materials, 2019.

本文采用捷诺飞自主研发的光固化喷头进行水凝胶支架的打印，可兼容Bio-Architect^® WS、Bio-Architect^® X等机型，采用业内独有的“同轴出光，同步固化”的模式，确保材料在挤出后进行快速固化。捷诺飞还为您提供控温光固化喷头，温度可在-10℃至室温调节，丰富您的打印选项。