生物打印是一种融合组织工程和增材制造的技术，近年来已成为一种热门技术，用于协同处理细胞和生物材料以制造三维（3D）细胞负载支架。这种结构为增强生理条件的生物模拟研究提供了更大的空间深度和更好的细胞通信。复合材料提供了将其组分的各个优点结合起来以实现独特材料性能的选项，这在许多组织工程应用中具有额外价值。水凝胶是亲水性聚合物网络，显示出低细胞毒性，与天然细胞外基质（ECM）相似，但其弱机械性能限制了其实际应用，因此，将水凝胶与其他结构生物材料结合创建更具生物功能和强化的组织工程是解决问题的关键，已有多项相关研究结果发表。

目前研究在制造水凝胶-纤维复合材料的同时实现细胞掺入方面受到限制，存在以下缺陷，包括：（i）实现细胞的均匀分布，特别是在高细胞密度下；（ii）控制矩阵的架构组织；（iii）生产效率低。使用交叉液滴形态的喷墨生物打印是近年来研究热点，基于喷墨的反应性打印系统用于生产各种几何形状的海藻酸盐水凝胶。Kenneth Dalgarno教授利用MicroFab提供的喷墨打印机Jetlab 4xl制备了具有生物功能的细胞-水凝胶-微纤维复合结构，由嵌在胶原-纤维蛋白水凝胶和海藻酸钙微纤维中的成纤维细胞组成，研究了成纤维细胞在其上的细胞粘附、组织、增殖和ECM沉积。证明了喷墨打印可以提供一种高效的方法来制造高功能的细胞-水凝胶-微纤维复合组织前体，可为伤口愈合和皮肤组织工程应用作出贡献。

▲ 图1

细胞相容性、代谢活性和细胞增殖通过SEM观察得到的复合材料结构的概述如图2a所示。在打印后的第1天，细胞基本存活，这种高存活率一直保持到第7天，无论打印的细胞密度如何，几乎没有可见的死细胞（图2b）。

▲ 图3

细胞的形态和分布，以及细胞-细胞和细胞-生物材料的相互作用如图3所示，在纤维基质上打印后，成纤维细胞具有典型的圆形形态，并在第0天分布在水凝胶基质中，没有特定的组织。30M cells/mL打印细胞密度的构建物的图像显示，在相同的体积内存在的细胞数量更高。在第1天，大多数细胞被拉长，并且它们开始相互作用。一些单个圆形细胞分布在5M cells/mL打印细胞密度的结构中，而30M cells/mL结构已经显示出更高细胞间密切相互作用和纤维周围初始分布的组织。在第3天，30M cells/mL样本的结构内部的结构组织变得更加明确（图4），对5M cells/mL复合构建体的共聚焦观察表明，细胞-纤维相互作用也决定了细胞组织，但这一过程意味着进展速度较慢。在第7天，两种类型的构建体均显示高密度组织样形成。

▲ 图4

本次研究证明了ReJI喷墨生物打印技术是制备水凝胶-纤维复合材料的一种有效和有价值的方法，允许将空间组织的水凝胶逐滴沉积在纤维上且可以将高密度的细胞均匀掺入复合材料制造过程中。在高密度细胞的复合材料中，可以观察到更快的细胞迁移，纤维之间更好的组织和细胞产生更丰富的ECM的趋势。成纤维细胞的浸润和致密的组织状层状结构的形成表明，细胞-水凝胶-微纤维复合材料可以模拟真皮层，因此，可以作为层状组织工程的模型或植入物，在伤口愈合和皮肤组织工程研究中具有潜在的巨大应用价值。