生物打印是一種融合組織工程和增材制造的技術，近年來已成為一種熱門技術，用于協同處理細胞和生物材料以制造三維（3D）細胞負載支架。這種結構為增強生理條件的生物模擬研究提供了更大的空間深度和更好的細胞通信。復合材料提供了將其組分的各個優點結合起來以實現獨特材料性能的選項，這在許多組織工程應用中具有額外價值。水凝膠是親水性聚合物網絡，顯示出低細胞毒性，與天然細胞外基質（ECM）相似，但其弱機械性能限制了其實際應用，因此，將水凝膠與其他結構生物材料結合創建更具生物功能和強化的組織工程是解決問題的關鍵，已有多項相關研究結果發表。

目前研究在制造水凝膠-纖維復合材料的同時實現細胞摻入方面受到限制，存在以下缺陷，包括：（i）實現細胞的均勻分布，特別是在高細胞密度下；（ii）控制矩陣的架構組織；（iii）生產效率低。使用交叉液滴形態的噴墨生物打印是近年來研究熱點，基于噴墨的反應性打印系統用于生產各種幾何形狀的海藻酸鹽水凝膠。Kenneth Dalgarno教授利用MicroFab提供的噴墨打印機Jetlab 4xl制備了具有生物功能的細胞-水凝膠-微纖維復合結構，由嵌在膠原-纖維蛋白水凝膠和海藻酸鈣微纖維中的成纖維細胞組成，研究了成纖維細胞在其上的細胞粘附、組織、增殖和ECM沉積。證明了噴墨打印可以提供一種高效的方法來制造高功能的細胞-水凝膠-微纖維復合組織前體，可為傷口愈合和皮膚組織工程應用作出貢獻。

▲ 圖1

細胞相容性、代謝活性和細胞增殖通過SEM觀察得到的復合材料結構的概述如圖2a所示。在打印后的第1天，細胞基本存活，這種高存活率一直保持到第7天，無論打印的細胞密度如何，幾乎沒有可見的死細胞（圖2b）。

▲ 圖3

細胞的形態和分布，以及細胞-細胞和細胞-生物材料的相互作用如圖3所示，在纖維基質上打印后，成纖維細胞具有典型的圓形形態，并在第0天分布在水凝膠基質中，沒有特定的組織。30M cells/mL打印細胞密度的構建物的圖像顯示，在相同的體積內存在的細胞數量更高。在第1天，大多數細胞被拉長，并且它們開始相互作用。一些單個圓形細胞分布在5M cells/mL打印細胞密度的結構中，而30M cells/mL結構已經顯示出更高細胞間密切相互作用和纖維周圍初始分布的組織。在第3天，30M cells/mL樣本的結構內部的結構組織變得更加明確（圖4），對5M cells/mL復合構建體的共聚焦觀察表明，細胞-纖維相互作用也決定了細胞組織，但這一過程意味著進展速度較慢。在第7天，兩種類型的構建體均顯示高密度組織樣形成。

▲ 圖4

本次研究證明了ReJI噴墨生物打印技術是制備水凝膠-纖維復合材料的一種有效和有價值的方法，允許將空間組織的水凝膠逐滴沉積在纖維上且可以將高密度的細胞均勻摻入復合材料制造過程中。在高密度細胞的復合材料中，可以觀察到更快的細胞遷移，纖維之間更好的組織和細胞產生更豐富的ECM的趨勢。成纖維細胞的浸潤和致密的組織狀層狀結構的形成表明，細胞-水凝膠-微纖維復合材料可以模擬真皮層，因此，可以作為層狀組織工程的模型或植入物，在傷口愈合和皮膚組織工程研究中具有潛在的巨大應用價值。