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东南大学南京鼓楼医院丨《Adv. Health. Mater.》GelMA高密度细胞贴片:声学辅助3D生物打印策略用于创面修复

2026-05-09 12:15:40

东南大学南京鼓楼医院赵远锦教授团队构建了一种基于声学辅助3D生物打印的高密度细胞贴片。针对现有生物贴片细胞密度低、空间分布无序、依赖长期体外培养等瓶颈，作者将骨髓间充质干细胞（BMSCs）、真皮成纤维细胞（DFs）与人脐静脉内皮细胞（HUVECs）分别掺杂于甲基丙烯酰化明胶（GelMA）生物墨水中，利用表面声波（SAW）产生的涡流效应实现细胞的非接触式精准聚集，形成三层仿生结构贴片。研究表明，该贴片通过持续分泌多种生物活性因子，显著降低炎症、促进细胞迁移、增加胶原沉积并诱导血管新生。相关研究成果以“High Dense Cell Patches from Acoustically Assisted 3D Bioprinting for Wound Healing”为题发表于《Advanced Healthcare Materials》期刊上。

亮点：创新性与突破

1、声辅助细胞聚集技术：首创表面声波涡流效应与3D生物打印结合，实现非接触式快速细胞聚集，密度提升两个数量级（达1.47×10⁸ cells/mL），突破传统打印细胞密度低、分布散乱的瓶颈。

2、三层级仿生结构：构建DFs/BMSCs/HUVECs空间有序的三层贴片，模拟天然皮肤架构，实现多种细胞协同释放外泌体、生长因子等活性因子。

3、主动微环境调控：高密度细胞作为"生物工厂"，通过旁分泌效应主动促进巨噬细胞M2极化、血管生成和胶原沉积，实现免疫-血管-组织再生的协同治疗。

WHY：研究背景与意义

传统治疗方法如纱布、生长因子和药物喷雾仅提供基础保护，依赖机体自身修复机制，缺乏调控局部微环境的有效手段，导致愈合困难、时间延长。近年来，生物医用贴片虽能模拟细胞外基质，但现有产品在实现全面调控效果和缩短修复时间方面仍存在局限，亟需开发具有增强治疗效果的新型伤口敷料。

WHAT：研究内容

本研究提出一种基于声辅助三维生物打印的高密度多层细胞贴片用于伤口愈合。该技术利用表面声波产生的涡流效应，在打印过程中非接触式操控细胞定向聚集，实现细胞密度提升两个数量级；通过逐层打印构建包含真皮成纤维细胞、骨髓间充质干细胞和人脐静脉内皮细胞的三层仿生结构；体内外实验证实该贴片可持续释放外泌体、生长因子等生物活性因子，有效促进细胞迁移、诱导血管生成、调控巨噬细胞向抗炎M2表型极化，显著加速组织再生，12天内使伤口面积缩小至1.47%，为临床伤口修复提供了新的治疗策略。

图1 (a)声学辅助生物3D打印高密度细胞贴片的制备过程示意图，以及(b)其在促进伤口愈合中的应用

HOW：研究方法

研究团队通过以下方法实现了这一创新：

1、GelMA溶液作为生物墨水：通过调节声波频率（9.06 MHz）与振幅（3 Vpp），结合粒子图像测速（PIV）系统优化细胞聚集条件。采用活/死染色与扫描电镜评估细胞存活率及水凝胶微观形貌。

2、细胞实验：提取新生大鼠原代真皮成纤维细胞；分别培养BMSCs、HUVECs及NIH/3T3细胞。划痕实验评估细胞迁移；LPS诱导RAW 264.7巨噬细胞炎症模型，免疫荧光检测iNOS与CD206表达；Matrigel管形成实验评估HUVECs血管化能力。

3、动物模型：建立SD大鼠全层皮肤缺损模型（直径10 mm），分别设PBS对照组、GelMA-only组、低密度组和高密度组。术后第12天取材，行H&E、Masson、IL-6免疫组化及CD206/iNOS/CD31免疫荧光染色。

结论

本研究成功构建了声学辅助3D生物打印的高密度多层细胞贴片。该贴片通过表面声波诱导细胞定向聚集，密度达1.47×10^8 cells/mL，通过层叠打印形成DFs/BMSCs/HUVECs三层结构。体外证实其促迁移、促M2极化、促血管生成能力；体内证实其加速创面愈合（12天伤口面积1.47%）、减少炎症、促进胶原沉积与血管新生。该研究为创面修复提供了新型组织工程平台，也为声学辅助生物打印技术在再生医学中的推广奠定了基础。

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