细胞治疗正逐步成为促进组织修复的重要手段，通过将活细胞引入损伤区域，可促进新组织形成。为提高治疗效果，研究人员通常引入仿生“支架”材料，为细胞提供类体内的三维生长环境，促进其黏附、生长及与周围组织的整合。然而，目前细胞和支架的整合大多需要繁复的现场操作，如细胞准备、支架构建和细胞种植等流程，既耗时又操作门槛高，在面向紧急创伤修复和即时治疗应用场景时面临极大挑战。
图1 “冰胶球微组织”的“制备、存储、使用”全流程：按细胞种类在低温冰箱中分类存放，使用时解冻交联
针对以上挑战，面对组织损伤的即时修复需求，清华大学欧阳礼亮课题组提出了一种新的解决方案：开发出可持久冻存、具有内部多孔结构的载细胞微组织模块，并研发相应的“冻存微组织生物墨水”。 这种“即取即用”的方式大大便利了细胞打印的实际应用。通过过程优化，实现了在载细胞“冰胶球”内的“亚体素”孔隙界面构筑，有效促进细胞生长与组织修复效果，目前最长可实现一年多（14个月）的活性保存。该体系通过冰晶模板在水凝胶微球内部诱导形成互联孔隙，并通过后续光交联“锁定”结构，显著提升细胞活性与存储稳定性。冷冻14个月的持久保存后，原位负载的干细胞仍可实现95%活力。负载的干细胞、肿瘤细胞在其内部多孔界面中展现出更接近天然组织内部的三维生长状态。此外，该“冰胶球”墨水促进了皮下注射血管化，新生血管密度为传统无孔微凝胶的4倍；也显著增强了临界颅骨缺损修复的新骨生成，8周时基本完成骨桥连接。
图2 载细胞“冰胶球微组织”促进细胞三维培养和分化
该研究首次报道了具备持久冷冻保存能力的多孔载细胞微凝胶生物墨水，验证了“即取即用”的骨组织修复应用。本研究报道了长达14个月的生物墨水保存记录，并系统研究了微凝胶内部界面结构对细胞生长与功能提升的重要作用。该研究有望推动生物3D打印和组织工程产品进一步向“标准化、模块化、货架化”方向发展，由小众“个性化定制”逐步走向通用“即用型工具”。
相关研究成果以“Off-the-Shelf Granular Microtissue Bioinks: Long-Term Preserved Cellularized Porous Microgels with Enhanced Cell Activity for Shelf-Ready Biofabrication”（“货架”上的颗粒状微组织生物墨水：面向即时生物制造的可持久保存、促进细胞生长的载细胞多孔微凝胶）为题，在线发表于期刊《Advanced Materials》（《先进材料》）。
清华大学机械系欧阳礼亮副教授为论文的通讯作者，清华大学机械系2022级直博生王楚芊为第一作者。论文的其他合作者包括联培博士生王梓宇、北京化工大学教授林艺扬。该工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、111基地和清华大学的支持。
原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202506616
