微流控 + 3D打印！基于微凝胶的层级多孔水凝胶贴片，用于治疗心肌梗死-北京永康乐业科技发展有限公司

水凝胶支架在组织工程和再生医学中应用广泛，但传统本体水凝胶受限于纳米级分子交联网络，会阻碍营养扩散与细胞迁移，降低再生效率。3D 生物打印技术虽能精准调控水凝胶结构以提升细胞浸润效果，却存在挤出式打印的机械剪切力损伤细胞活性的问题。

微凝胶凭借微尺度尺寸和高比表面积成为极具潜力的生物材料，其负载细胞作为生物墨水可减轻打印过程中的剪切损伤，但传统微凝胶（如海藻酸盐体系）的高交联网络会限制细胞迁移和细胞外基质重塑。现有多孔微凝胶制备方法（如冷冻干燥、化学合成）多依赖油相，存在细胞毒性风险，且面临亲水性物质包封难、多孔结构不稳定等问题。双水相系统（ATPS）虽能温和构建多孔结构，但传统微流控制备仍需引入有机相，影响生物相容性，且纯微凝胶的打印精度受颗粒特性限制，易导致层间结合强度不足。

与此同时，缺血性心脏病是全球主要死因，急性心肌梗死（MI）作为其严重表现，会引发心肌细胞不可逆丢失、纤维化瘢痕形成和血管生成不足等问题。传统药物和介入疗法无法逆转心室重构，干细胞疗法则受限于细胞滞留率低、植入效率差等瓶颈。生物材料虽能提供结构支持，但现有体系难以同时满足孔隙结构调控、血管生成微环境构建、机械性能匹配及心脏组织动态适应性等多重需求，因此亟需开发兼具细胞迁移促进、血管生成诱导和动态组织重塑支持功能的多功能生物修复支架。

鉴于此，广州医科大学唐国胜教授、余细勇教授联合杭州电子科技大学徐铭恩教授等人，提出了一种基于微凝胶的模块化制造策略，通过气剪微流控与双水相系统结合制备多孔微凝胶，并经3D生物打印构建兼具粘附性与弹性的层级多孔水凝胶贴片（HPMP）。该贴片负载的诱导多能干细胞（iPSCs）可在其层级多孔微环境中定向分化为功能成熟的心肌细胞，在心肌梗死修复中实现抗粘连、促血管生成与心功能改善的协同效果。相关研究以“Microgel‐Based Hierarchical Porous Hydrogel Patch with Adhesion and Resilience for Myocardial Infarction”为题目，发表于期刊《Advanced Science》。

本文要点：

1、该研究提出一种基于微凝胶的模块化制造策略，用于构建具有粘附性和弹性的分层多孔水凝胶贴片（HPMP），并重点验证其在心肌梗死治疗中的应用价值。

2、结合气剪微流控技术与双水相系统（ATPS），制备出孔隙率可调、生物相容性良好的多孔微凝胶；以甲基丙烯酰化明胶（GelMA）为连续相、聚环氧乙烷（PEO）为牺牲相，混合海藻酸盐（Alg）多孔微凝胶作为生物墨水，通过3D生物打印（挤出式/DLP打印）构建HPMP，其分层多孔结构可促进营养扩散和细胞迁移。

3、HPMP具备优异的机械弹性（100次压缩循环后应力保留率达94.6%）、组织粘附性（可稳定粘附于心脏及多种器官表面），且生物相容性良好，能支持多种细胞（如HUVEC、心肌细胞、诱导多能干细胞iPSC）的增殖、迁移及功能表达。

4、在心肌梗死治疗中，负载iPSC的多孔微凝胶可定向分化为心肌细胞，为心肌修复提供功能细胞来源。同时，设计了Janus结构的抗粘连HPMP（JHPMP），单侧粘附心肌组织、另一侧（甲基丙烯酸酯化透明质酸HAMA层）防止胸腔粘连。

5、大鼠心梗模型验证显示，JHPMP可显著改善心脏功能（提高射血分数、缓解心室扩张），减少梗死面积和纤维化，促进血管新生及心肌细胞间缝隙连接形成，且无明显全身毒性。

6、该微凝胶模块化制造策略整合了细胞分化、机械支撑和组织修复功能，为心肌梗死等组织损伤的再生治疗提供了新型平台，有望进一步推动组织工程和再生医学的发展。