生物组织的生长是一个动态过程，在工程化组织/器官构建中，如何构建适配的三维动态微环境是一个关键问题。已有研究表明负载细胞的水凝胶的基质动态性有助于血管形态发生，对于构筑活性组织的“生命线”具有重要意义。然而，常见的动态水凝胶基质受限于可逆交联解离或细胞介导的降解，通常在体外培养过程中存在力学不稳定性，几天以后即出现结构坍塌降解，难以支持持久培养，阻碍了其在组织器官构建和生物制造方面的应用。

近日，清华大学机械系生物制造团队提出了一种双网络动态水凝胶(Double Network Dynamic Hydrogel, DNDH)的生物墨水策略，以整合载细胞墨水的可打印性、力学稳定性以及诱导血管形态发生的生物学功能。该研究提出了一种基于明胶的双网络动态生物墨水，其由可逆腙键交联的动态水凝胶网络和甲基丙烯酸酯交联的非动态水凝胶网络组成。优化后的双网络动态水凝胶体系能够支持生物三维打印成个性化结构，在数周的细胞培养过程中保持结构稳定性。此外，该双网络动态水凝胶表现出基质动态性，对比同等硬度的非动态基质，其具有的应力松弛特性可通过细胞-基质相互作用的方式刺激血管形态发生过程，所形成类毛细血管结构的长度提升了1倍。体内研究也验证了墨水基质动态性对促进血管化与组织长入的重要作用。总结而言，该研究提供了一种将水凝胶动态性引入到生物墨水的通用方法，为体外组织的3D制造与发育的力学动态微环境构建奠定了基础。

图1：本研究所设计的双网络动态生物墨水示意图

图2：双网络动态水凝胶（DNDH）体系通过基质动态性促进血管形态发生过程。同时该体系支持生物三维打印及培养中的稳定性，以得到类血管化组织结构。

       该成果以“双网络动态水凝胶实现3D打印与血管形态发生”(Enabling 3D printability and vascular morphogenesis with double network dynamic hydrogels)为题，发表于材料领域综合期刊《Materials Today》。

       机械系生物制造团队博士生徐润泽为论文第一作者，欧阳礼亮副教授为论文通讯作者。项目得到国家自然科学基金青年项目、国际合作交流项目、111创新引智基地项目等项目的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.mattod.2025.01.019

撰稿：徐润泽

编辑：张琪琪

审核：熊卓、瞿体明