Микроносители представляют собой шарики диаметром 60-250 мкм и большой удельной площадью поверхности и обычно используются для крупномасштабной культивирования клеток1,2. Их внешняя поверхность обеспечивает обильные участки роста для клеток, а внутренняя обеспечивает опорную структуру для пространственной пролиферации. Сферическая структура также обеспечивает удобство в мониторинге и контроле параметров, включая pH, O2 и концентрацию питательных веществ и метаболитов. При использовании в сочетании с биореакторами с перемешиваемым резервуаром микроносители могут достигать более высокой плотности клеток в относительно небольшом объеме по сравнению с обычными культурами, тем самым обеспечивая экономически эффективный способ получения крупномасштабных культур3. Технология культивирования микроносителей стала одним из основных методов в цитологических исследованиях, и большой прогресс был достигнут в области масштабного расширения стволовых клеток, гепатоцитов, хондроцитов, фибробластов и других структур4. Было также установлено, что они являются идеальными средствами доставки лекарств и блоками снизу вверх, поэтому они играют все более важную роль в клиническом скрининге лекарств и восстановлении тканевой инженерии in vitro5.
Для удовлетворения требований к механическим свойствам в различных сценариях было разработано несколько типов гидрогелевых материалов для использования в строительстве микронесущих6,7,8,9,10,11. Гидрогели альгината и гиалуроновой кислоты (ГК) являются двумя наиболее часто используемыми микронесущими материалами благодаря их хорошей биосовместимости и сшиваемости12,13. Альгинат может быть легко сшит хлористым кальцием, а его механические свойства могут модулироваться путем изменения времени сшивания. Тирамино-конъюгированная ГК сшита окислительной связью фрагментов тирамина, катализируемых перекисью водорода и пероксидазой хрена14. Коллаген, благодаря своей уникальной спиральной структуре и сшитой волоконной сети, часто используется в качестве адъюванта для смешивания с микроносителями для дальнейшего содействия прикреплению клеток15,16.
Современные методы подготовки микроносителей включают микрофлюидные чипы, струйную печать и электрораспыление17,18,19,20,21,22,23. Было доказано, что микрофлюидные чипы быстро и эффективно производят микроносители однородного размера24. Однако эта технология опирается на сложный процесс проектирования и изготовления каналов потока25. Высокая температура или чрезмерные экструзионные силы при струйной печати, а также интенсивные электрические поля при электрораспылительном подходе могут негативно сказаться на свойствах материала, особенно на его биологической активности19. Кроме того, при применении к различным биоматериалам и диаметрам индивидуальные сопла, используемые в этих методах, приводят к ограниченной сложности обработки, высокой стоимости и низкой гибкости.
Чтобы обеспечить удобный метод подготовки микроносителей, для построения гидрогелевых микроносителей был применен метод 3D-печати, называемый струйной обработкой переменных вязко-инерционных сил (AVIFJ). Техника использует нисходящие движущие силы и статическое давление, создаваемое во время вертикальной вибрации, чтобы преодолеть поверхностное натяжение наконечника сопла и, таким образом, сформировать капли. Вместо сильных сил и тепловых условий небольшие быстрые смещения действуют непосредственно на сопло во время печати, оказывая незначительное влияние на физико-химические свойства биочернила и представляя большую привлекательность для биологически активных материалов. С помощью метода AVIFJ были успешно сформированы микроносители из нескольких биоматериалов диаметром 100-300 мкм. Кроме того, было доказано, что микроносители хорошо связывают клетки и обеспечивают подходящую среду роста для прилипших клеток.