明胶甲基丙烯酰基（GelMA）水凝胶是一种具有可调谐特性的可见光交联生物材料，已广泛应用于组织工程。对于普通水凝胶中包载的细胞来说，由于缺乏血管网络，其活性往往受到营养物质及氧气浓度的影响，远离凝胶表面的细胞在培养一定时间后会处于缺氧环境，这**降低了其存活几率。当把载细胞水凝胶支架植入后，体内血管生成需要几天到几周的时间，在这一关键时间内，大多数移植细胞将在缺乏氧气供应的情况下死亡。因此，向水凝胶中提供足够的氧气显得尤为重要。一种可在细胞包载初期自发产生氧气的GelMA基3D打印生物墨水。该体系通过向GelMA墨水中添加过氧化钙（CPO）及过氧化氢酶以持续产生氧气，提高了细胞的存活率。

墨水中氧气产生机理：

过氧化钙（CPO）分解为氧气分两步进行。**，CPO与水反应生成过氧化氢和氢氧化钙，导致pH升高。随后，过氧化氢分解为水和氧气(图1 A所示)。由于过氧化氢对细胞有毒性，所以加入过氧化氢酶使过氧化氢分解为氧气。

流变与打印性能分析：

为了研究不同CPO加入量对GelMA生物墨水打印性能的影响，研究人员向10%的GelMA中加入了0.1%、0.5%、1%的CPO来制备释放氧气的生物墨水。如图2A结果所示，当CPO添加量为0.5%时，墨水打印性能好。图2B流变性能测试显示，添加0.5% CPO的墨水其黏度高，可能是该墨水的pH值因CPO产生的氢氧根上升到GelMA等电点附近，使墨水黏度升高。CPO含量继续升高后体系黏度反而下降，可打印性变差。

氧气释放与生物性能分析：

如图3所示，不含CPO的水凝胶的氧气含量为≈0%，而含有 CPO的水凝胶支架可持续释放氧气 7天。表明含有3D打印含CPO水凝胶支架能够提供至少7天的有氧微环境。

检测了CPO浓度0%、0.1%、0.5%和1%的GelMA支架中培养4天和7天的细胞活性。如图4所示，将CPO浓度增加到1%时对成纤维细胞活性有负面影响。加入CPO可提高缺氧第4天和第7天的细胞存活率，与常氧水平相当。这意味着在GelMA生物墨水中使用CPO可以防止缺氧微环境的有害影响。

结果显示，在生物墨水中添加CPO可以提高在低氧条件下孵育的打印支架细胞活力，这将有助于**缺血性疾病，例如心肌梗死。

图5显示了在低氧或常氧条件下含有0%或0.5% CPO的GelMA打印支架中心肌细胞活/死染色和相关的细胞活性定量。在具有0.5%CPO的支架中活细胞分布较为均匀。在孵育3、5和7天时，与不含CPO的支架相比，含有CPO的支架其活细胞数**增加。

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以上内容来自小编zzj 2021.2.3