酚接枝聚葡萄糖醛酸在生物墨水中的應(yīng)用研究及相關(guān)問題解答

瀏覽次數(shù)：134　發(fā)布日期：2025-6-30　來源：本站　僅供參考，謝絕轉(zhuǎn)載，否則責(zé)任自負(fù)

本文開發(fā)了酚接枝聚葡萄糖醛酸（PGU-Ph），通過與酪胺共軛獲得，其水溶液可在辣根過氧化物酶（HRP）催化下凝膠化。2.0 w/v% PGU-Ph 溶液（含 5 U/mL HRP）能成功打印出形狀保真度高的水凝膠結(jié)構(gòu)，包裹的小鼠成纖維細(xì)胞和人肝癌細(xì)胞打印后存活率約 95%，并存活 11 天。該研究證實 PGU-Ph 在組織工程，尤其是擠出式 3D 生物打印油墨中具有巨大潛力。

思維導(dǎo)圖

詳細(xì)總結(jié)

一、研究背景與目的

聚葡萄糖醛酸（PGU）特性：由 Sinorhizobium meliloti M5N1CS 菌株產(chǎn)生的高分子量葡萄糖醛酸均聚物，具有生物相容性、免疫刺激等多種生物活性，且微生物來源使其生產(chǎn)不受環(huán)境因素影響。
研究目的：合成酚接枝 PGU（PGU-Ph），通過 HRP 催化凝膠化制備生物墨水，應(yīng)用于擠出式 3D 生物打印，評估其在組織工程中的潛力。

二、材料與方法

PGU 生產(chǎn)：在 20 L 生物反應(yīng)器中培養(yǎng)菌株，離心、超濾純化后凍干獲得 PGU。
PGU-Ph 合成：在 MES 緩沖液中，通過 WSCD/NHS 活化，將酪胺共軛到 PGU 上，丙酮沉淀純化，1H NMR 和 UV-Vis 表征。
性能測試
- 流變學(xué)：HAAKE MARS III 流變儀測量剪切速率 - 粘度曲線。
- 凝膠時間：在 48 孔板中，HRP 和 H₂O₂觸發(fā)凝膠化，磁攪拌受阻時為凝膠點。
- 機械性能：EZ-test 測量壓縮力，計算 Young's 模量。
細(xì)胞實驗：CCK-8 法評估細(xì)胞存活率，熒光染色觀察細(xì)胞形態(tài)。
3D 打印：改裝 Bio X 系統(tǒng)，27 號針頭擠出，H₂O₂氣氛中凝膠化，評估形狀保真度和細(xì)胞 viability。

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三、關(guān)鍵結(jié)果

PGU-Ph 合成表征
- 1H NMR：PGU-Ph 在 6.7-7.2 ppm 出現(xiàn)酚羥基峰。
- UV-Vis：275 nm 處出現(xiàn)酚羥基特征吸收峰，Ph 含量為 3.7×10⁻⁴ mol-Ph/g PGU-Ph。
溶液與凝膠特性
- 剪切稀化：2 w/v% PGU-Ph 溶液在 1 s⁻¹ 時粘度約為 1 w/v% 的 8 倍，隨剪切速率增加粘度顯著下降。
- 凝膠時間：2 w/v% PGU-Ph+5 U/mL HRP+1 mM H₂O₂時凝膠時間為 3.5 s，隨 PGU-Ph 和 HRP 濃度增加而縮短，隨 H₂O₂濃度增加先縮短后延長。
- 機械性能：2 w/v% PGU-Ph hydrogel 的 Young's 模量為 2.0 kPa，隨 HRP 和 H₂O₂濃度變化呈現(xiàn)先升后降趨勢。
細(xì)胞相容性
- 溶液實驗：0.5 w/v% PGU-Ph 對 10T1/2 細(xì)胞線粒體活性無顯著影響，存活率與 PGU 相當(dāng)，高于海藻酸鹽（Alg）。
- 水凝膠實驗：PGU-Ph 單用水凝膠細(xì)胞粘附性低，與明膠 - Ph 混合后細(xì)胞粘附、增殖良好。
3D 打印結(jié)果
- 形狀保真度：2 w/v% PGU-Ph 墨水在 H₂O₂氣氛中可打印 2 mm 和 10 mm 高度的六邊形結(jié)構(gòu)，Young's 模量為 1.5±0.2 kPa。
- 細(xì)胞存活：10T1/2 和 HepG2 細(xì)胞打印后存活率分別為 95% 和 94%，存活 11 天，HepG2 細(xì)胞形成聚集體。

四、討論與結(jié)論

PGU-Ph 優(yōu)勢：微生物來源易生產(chǎn)，HRP 催化凝膠化快速，細(xì)胞相容性好，適合 3D 生物打印。
應(yīng)用前景：可用于組織工程構(gòu)建、藥物篩選，與明膠 - Ph 混合或引入細(xì)胞粘附配體可優(yōu)化細(xì)胞行為。
結(jié)論：PGU-Ph 是擠出式 3D 生物打印的有前途材料，為功能性組織構(gòu)建提供新選擇。

關(guān)鍵數(shù)據(jù)表格

關(guān)鍵問題

問題：PGU-Ph 是如何合成的？
- 答案：PGU-Ph 通過酪胺與 PGU 的共軛反應(yīng)合成。具體步驟為：將 PGU 溶解在 MES 緩沖液（pH 6.0）中，依次加入酪胺鹽酸鹽、NHS 和 WSCD（濃度分別為 45 mM、10 mM、20 mM），室溫攪拌 20 小時，然后用過量丙酮沉淀，90% 乙醇 + 10% 水洗滌至無游離酪胺，通過 1H NMR 和 UV-Vis 光譜確認(rèn)合成成功。
問題：PGU-Ph 在 3D 生物打印中的凝膠化條件是什么？
- 答案：PGU-Ph 在 HRP 催化和 H₂O₂存在下凝膠化。最佳條件為 2.0 w/v% PGU-Ph 溶液中加入 5 U/mL HRP，在含有 8 ppm H₂O₂的空氣中擠出，凝膠時間可縮短至 3.5 秒，形成的水凝膠 Young's 模量為 1.5±0.2 kPa，具有良好的形狀保真度。
問題：PGU-Ph 的細(xì)胞相容性如何證明？
- 答案：通過細(xì)胞存活率和形態(tài)觀察證明。10T1/2 細(xì)胞在 0.5 w/v% PGU-Ph 溶液中培養(yǎng) 24 小時后，線粒體活性與 PGU 組無顯著差異（p=0.45），且高于 Alg 組（p<0.03）。打印后 1 天，包裹的 10T1/2 和 HepG2 細(xì)胞存活率分別為 95% 和 94%，并存活 11 天，HepG2 細(xì)胞在水凝膠中形成聚集體，證明 PGU-Ph 具有良好的細(xì)胞相容性。