康普茶衍生的生物墨水用于个性化组织修复

组织工程利用3D打印和生物墨水在支架上生长人体细胞，为皮肤、软骨甚至器官等受损组织创造替代品。由韩国首尔国立科技大学Insup Noh教授领导的一个研究小组开发了一种生物墨水，该墨水使用来自康普茶SCOBY（细菌和酵母的共生培养物）的纳米纤维素作为支架材料

这种生物材料为传统选择提供了一种可持续的替代方案，它可以装载到同一团队开发的手持式“Biowork”生物探针上。数字生物笔允许将生物墨水精确应用于受损的缺陷区域，如不规则软骨和大型皮肤伤口，为更个性化和有效的体内组织修复铺平了道路，消除了对体外组织工程过程的需求

这篇论文于2024年12月1日发表在《国际生物大分子杂志》上。

Noh教授说：“我们从细菌和酵母的共生培养中预制的纳米纤维素水凝胶网络有可能通过装载所有类型的生物分子和药物以及直接生物打印，用作体内组织工程的平台生物墨水。”

康普茶SCOBY是一种用于发酵绿茶的细菌和酵母共生培养物。微生物产生纤维素，纤维素是可生物降解的，与细胞相容。然而，源自康普茶SCOBY的纳米纤维素具有纠缠结构，这需要对3D生物打印进行修改。这涉及调整其流变性能（如何流动）和机械性能，以改善挤出并在印刷后保持结构完整性

研究人员通过用乙酸部分水解纳米纤维素、破坏葡萄糖键并解开网络以实现其生物打印性来实现这一目标。然而，这种处理缺乏对其性能的控制，导致其结构强度降低。该团队用壳聚糖（带正电）和高岭土（带负电）纳米粒子增强了纳米纤维素。这些壳聚糖和高岭土颗粒通过静电力与纤维素相互作用，形成适用于3D生物打印的稳定水凝胶

生物墨水是通过在生物笔内混合包括活细胞在内的成分制备的。通过数字控制，生物笔内的两个反向旋转螺钉均匀地混合了成分，形成了一种均匀的生物墨水，可以通过针直接施加到受损组织上

当连接到3D生物打印机上时，生物笔能够创建具有高分辨率的多层自立结构，例如高度超过1厘米的分叉管和金字塔。生物笔还用于不规则形状缺陷的直接逐层原位印刷。使用它，研究人员准确地用设计的缺陷填充了3D打印的颅骨和股骨头模具

生物墨水和数字生物笔组合为治疗大面积和不规则形状的伤口提供了一种经济高效的解决方案，无需任何体外组织再生过程，特别是在紧急和急救情况下

Noh教授说：“这项技术允许快速简单的一步法，将药物和水凝胶混合，并立即现场应用于不同形状的受伤区域。” More information: Amitava Bhattacharyya et al, Simultaneous processing of both handheld biomixing and biowriting of kombucha cultured pre-crosslinked nanocellulose bioink for regeneration of irregular and multi-layered tissue defects, International Journal of Biological Macromolecules (2024). DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2024.136966