管狀組織比如血管、氣管、尿道的再生修複在臨床上有巨大的需求，而管狀組織工程支架的構築是關鍵。目前能夠真正應用于臨床的人工管狀移植物中，絕大部分都是使用滌綸、矽膠、聚四氟乙烯這類惰性高分子材料，主要通過纖維編織方法而制備管狀結構。擠出式的3D打印技術通過對材料的精确堆積的方式而實現增材制造，因其能快速制造立體結構而被廣泛應用。但是由于管狀支架有着薄壁多孔結構的特殊要求，導緻打印的過程需要使用支撐結構，因此難以直接3D打印制備大段的管狀支架。

針對上述問題，bevictor伟德官网纖維材料改性國家重點實驗室的遊正偉教授團隊提出一種4軸3D打印策略以實現類似纖維編制結構管狀支架的制備。該方法通過3D打印将墨水材料擠出呈線條狀，以旋轉裝置作為接收平台，二者協同工作形成X/Y/Z/Rotation的4軸成型系統。所制備的管狀支架具有方便易調節的宏觀形态和精确可控的纖維交織結構。隻需要幾分鐘就可以加工10厘米以上長度的支架，相比當前管狀支架的制備方式，大大提高了加工效率。

圖 4軸3D打印管狀組織工程支架及氣管軟骨再生應用。

這種策略具有高度的通用性能夠被很好的應用于非常廣泛的生物材料，例如熱塑性材料、熱固性材料以及水凝膠材料。該團隊在前面熱固性材料3D打印[1]和心肌補片應用[2]的研究基礎上将4軸打印技術相結合，從而實現了對熱固性生物彈性體聚癸二酸甘油酯（PGS）管狀支架的便捷化加工，所構築的PGS生物彈簧表現出良好的柔性、彈性和耐疲勞性，可以在動态力學應用環境中保持管狀結構。并進一步與靜電紡絲技術相結合制備了PGS生物彈簧/Gelatin納米纖維管狀複合支架。

進而遊正偉教授團隊和上海交通大學附屬第九人民醫院周廣東教授團隊合作研究了該支架在組織工程中應用，體外培養證實該管狀複合支架适合軟骨細胞貼附、生長和增殖，制備出了長段的管狀軟骨；在裸鼠皮下培養12周後形成了成熟的管狀軟骨，其組織成分和生物力學等相關性能均與天然的氣管軟骨相似，有望應用于長段氣管缺損的重建。該管狀支架制備技術在其它管狀組織例如血管、食道、尿道等的修複和再生中也有廣闊的應用前景。

相關成果以“4-axis printing microfibrous tubular scaffold and tracheal cartilage application”為題，發表于中國材料學雜志《SCIENCE CHINA Materials》上。bevictor伟德官网博士生雷東為第一作者，bevictor伟德官网遊正偉教授，上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院周廣東教授，同濟大學附屬上海市肺科醫院徐勇醫生為該論文的共同通訊作者。該工作獲得國家重點研發計劃、國家自然科學基金、上海市自然科學基金、bevictor伟德官网勵志計劃等基金資助。

遊正偉教授團隊長期從事彈性體材料研究，主要在功能聚酯生物彈性體(Biomaterials2010, 31, 3129; Adv. Funct. Mater.2012, 22, 28; ACS Appl. Mater. Interfaces2016, 8, 20591; ACS Appl. Mater. Interfaces, 2016, 8, 9590;J. Mater. Chem. B, 2016, 4, 2090; Acta Biomater.2019, 539, 351; J. Mater. Chem. B, 2019, 7, 123; ACS Biomater. Sci. Eng.2019, 5, 1668)和聚肟氨酯類自愈合智能彈性體領域(Adv. Mater.2019, 31, 1901402; Adv. Funct. Mater.2019, 29, 1901058; Mater. Chem. Front2019, 3, 1833)開展了一系列工作。并研究了這些彈性體的3D打印，構築了仿生血管網絡等常規3D打印難以獲得的三維精細結構(Mater. Horiz.2019, 6, 394; Mater. Horiz.2019, 6, 1197; Adv. Healthc. Mater.2019, 8, 1900065)。進而探索了上述材料和技術在生物醫學和可穿戴電子設備等領域的應用(Adv. Funct. Mater.2018, 28, 1805108; J. Mater. Chem. A2019, 7, 13948; Nano Energy2019, 63, 10384; Adv. Healthc. Mater. 2019, 8, 1801455)。

課題組主頁：http://pilab.dhu.edu.cn/zyou/

原文鍊接：http://engine.scichina.com/doi/10.1007/s40843-019-9498-5

參考文獻：

[1]   Lei, D. et al. A general strategy of 3D printing thermosets for diverse applicationsMater. Horiz., 2019, 6, 394 – 404.

鍊接：https://pubs.rsc.org/ja/content/articlepdf/2019/mh/c8mh00937f 

[2]   Yang. Y^#; Lei, D.^#; Huang, S.; Yang, Q.; Song, B.; Guo, Y.; Shen, A.; Yuan, Z.; Li, S.; Qing, F-L.; Ye, X.*; You, Z.*; Zhao, Q.* Elastic 3D printed hybrid polymeric scaffold improves cardiac remodeling after myocardial infarctionAdv. Healthc. Mater. 2019, 201900065.

鍊接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adhm.201900065