¶ 光基（DLP、Volume、挤出光固化）生物打印的前沿创新与光固化生物材料在再生医学中的应用
在线观看地址：https://www.bilibili.com/video/BV1DYMdz2EKh/?vd_source=0de6cbdf9f83c51ed80463fb5c24795d
¶ 一、蒂姆·伍德菲尔德教授：
奥塔哥大学（新西兰）再生医学教授，骨科外科与骨骼医学专家。
基督城再生医学与组织工程项目主任。
国际生物制造学会（ISBF）现任主席。
评价：全球公认的生物制造与再生医学领导者，工作具有前瞻性并激励领域内研究者。
¶ 二、演讲主体内容（00:02:58-00:50:41）
¶ 1. 再生医学的挑战与需求（00:06:16-00:12:24）
核心问题：如何复制发育生物学过程，构建功能性组织？
功能性组织需满足：复杂结构、细胞-基质相互作用、机械信号响应、生长因子梯度。
临床需求：
肌肉骨骼疾病（如骨关节炎）影响全球数亿人，需厘米级组织修复（非毫米级）。
现有技术局限：小尺寸组织构建成熟，但难以规模化至临床所需尺寸。
解决方案方向：
结合生物制造技术（挤出打印、光刻、体积打印）与细胞指导性材料。
重点：光交联技术的可扩展性与生物相容性。
¶ 2. 光基生物打印的核心：钌基光引发剂系统（00:20:20-00:25:06）
技术原理：
钌联吡啶（Ru/SPS） + 过硫酸钠（SPS） + 可见光（400-450nm）。
机制：光激发钌 → 生成硫酸根自由基 → 驱动自由基聚合。
四大优势：
| 优势 | 具体说明 |
|---|---|
| 高效交联 | 高摩尔吸光系数，低浓度实现完全交联（穿透深度达10mm，远超UV光的4mm）。 |
| 细胞友好 | 可见光安全性高，减少活性氧（ROS）损伤，细胞存活率提升。 |
| 双模式交联 | 支持自由基聚合 + 二酪氨酸共价交联（适用于天然聚合物如明胶、丝蛋白）。 |
| 临床转化潜力 | 可见光对患者/外科医生更安全，支持原位交联。 |
¶ 3. 光固化生物材料开发案例（00:29:06-00:45:43）
¶ (1) 挤出式生物打印应用
成骨水凝胶（明胶+锂皂石纳米粘土）：
锂皂石结合生长因子（如VEGF），促血管生成与骨再生（鸡胚模型验证）。
无需地塞米松即可诱导矿化结节形成。
光点击化学水凝胶（烯丙基化明胶）：
硫醇化交联剂（DTT/PEG）调节力学性能（模量4–300 kPa）。
整合肝素：增强生长因子结合，显著提升软骨细胞分化。
¶ (2) 光刻技术（DLP）应用
高分辨率构建体：
明胶诺巴汀（Gel-NB）水凝胶：200μm分辨率，支持血管网络形成（HUVEC/MSC共培养）。
软凝胶（<10 kPa）优化血管生成。
便携式DLP（比如用手机投影）：
低光强实现交联，适用于资源有限环境（如偏远医院）。
¶ (3) 牺牲性生物打印与4D动态系统
可控降解明胶模板：
光交联程度调控降解时间（5–15天）。
应用：
延迟通道开放提升血管网络连接密度（对比即时溶解）。
动态灌注芯片：分阶段开放通道模拟营养梯度。
¶ 4. 临床转化与未来方向（00:50:41-01:05:04）
短期策略：
可注射光交联水凝胶（如心肌梗塞修复中的明胶/EV喷雾）。
原位制造：术中利用可见光安全交联（避免多次手术）。
长期愿景：
便携式生物制造：结合体积打印（秒级构建厘米级组织）与延迟降解设计。
模块化生物组装：球体/类器官整合，解耦复杂组织构建挑战。
¶ 三、问答环节精选（00:51:13-01:08:31）
钌基 vs. 传统光引发剂（如LAP）？
答：可见光穿透更深、更安全；钌/SPS浓度更低，减少细胞毒性；双模式交联拓展材料适用性。
DLP生物打印中高细胞密度存活的挑战？
答：
优化光吸收剂（如食用色素）减少光散射。
选用低敏感材料（烯丙基化明胶 > GelMA）。
预实验校准曝光/引发剂浓度。
可控降解如何提升血管生成？
答：延迟降解创造轻微营养限制，激活细胞迁移；后期通道开放提供爆发性生长信号。
临床转化关键挑战？
答：
功能验证：承重组织（骨骼、软骨）的机械性能模拟。
制造集成：术中便携式打印设备开发（如皮下光交联）。
监管路径：简化细胞处理流程（术中活检→即时制造）。
¶ 四、结束
资源推荐：
ISBF会议：BioFab 2025（波兰，9月）、TERMIS AP 2026（新西兰基督城）。
权威综述：《化学评论》生物制造专刊（涵盖光交联技术）。
技术合作：
Cellink提供钌基光引发剂试剂盒（Ru/SPS）及LUMINIX生物打印系统。