生物3D打印及再生医学的最终目标是制作出可以替代人体器官的人造器官，以解决目前移植器官短缺的问题，以及器官移植后产生的排异等副作用。不论使用3D打印还是其他方法，人造器官的第一步是获取待移植器官的活体切片。并从切片中分离和复制出所需要的细胞。然后将液体材料与细胞混合，为它们提供氧气和营养物质。下一步是将这种混合物材料放入打印机的墨盒中，进而打印人体器官或组织结构。避开人体器官自身的复杂性不谈，科学家们需要先面临为活细胞提供输送营养的液体材料的挑战。距离实现研发出可移植到人体的人造器官，有更长的道路需要探索。
但值得高兴的是，近期清华大学化学系刘冬生课题组合作的研究成果“DNA水凝胶”，让人们距离实现最终目标又进了一步。
最近，刘冬生课题组与英国瓦特大学舒文淼等合作的DNA水凝胶材料成功地应用于活细胞的3D打印，该论文在《德国应用化学》发表并配以“媒体推介”（Press Release）重点报道。该项成果被2月26日出版的《自然》（Nature）的研究亮点报道关注，Nature评价该材料是“一种非常有前景的打印三维组织和人工器官的材料”。
3D打印的不同尺寸的DNA水凝胶粒子（其中加入蓝色染料以增加可视性），经多次打印，最大尺寸可以达到厘米级并且可以自支撑（上图）。
Nature还评论说：“此凝胶可以通过多层打印实现厘米级结构的构建”，“有足够好的强度维持其形状、不塌缩也不溶涨，但可以被（特定的）DNA内切酶迅速解离”，“共同打印的活细胞可以保持活性”。
水凝胶因其高含水量和类似于细胞外基质的特点，是三维组织打印和人工器官制备的首选基材，也因此成为化学、材料和生命医学领域研究的热点。但直到DNA水凝胶研发之前，还没有一种水凝胶材料能够同时满足活细胞三维打印所要求的细胞相容性、力学强度、通透性、快速成型等苛刻条件。
对于该项研究成果的突破点，刘冬生教授解释道：“此项成果的意义在于，我们制备了一类新的水凝胶材料，能够同时满足多项活细胞3D打印的需求：速度快，可以达到秒级成型；条件温和，过程完全在生理条件下完成，不涉及化学反应以及能够对细胞造成伤害的外界刺激；强度、通透性好，打印出来的产品最终尺寸可以达到厘米级别以上的尺度，不变形和软化，还能够保证细胞生长所需营养物质的输送；此材料还具有非常好的触变性和自修复性能，在细胞生长的同时可以不断改变自身的结构，能够在保证对细胞提供足够支撑的情况下不限制其扩增；更重要的是，此凝胶材料可以根据需要迅速分解不残留，为将来3D打印器官的活体移植创造了条件。”
刘冬生课题组的科研工作得到了清华大学自主科研计划、国家自然基金委员会和科技部973计划的大力支持。
（文章来源：生物谷）
