动态生物墨水在组织、 器官生物打印中的原理、挑战与展望

       生物打印作为增材制造的前沿分支，可精准沉积含细胞生物墨水以快速生成定制化组织/器官样结构，为组织工程与再生医学开辟新路径。然而，传统静态生物墨水因共价交联网络导致应力松弛有限，难以支持细胞活动与胞外基质重塑，制约生物打印构造的成熟。来自天津大学的刘文广教授与中国科学院深圳先进技术研究院的阮长顺教授团队，在《Progress in Materials Science》期刊上发表了综述“Dynamic bioinks for tissue/organ bioprinting: Principle, challenge, and perspective”。文章系统总结了动态生物墨水在生物打印领域的进展，深入探讨了其分子设计原理（涵盖超分子作用力与可逆化学键两种模式）、在提升生物打印性能方面的关键因素（包括打印适性、结构稳定性及细胞行为调控），以及在骨、皮肤、肝脏等组织器官构建中的应用，最后提出了动态生物墨水在机制解析、多尺度仿生设计及临床转化等方面的观点与未来挑战。

研究要点
1. 背景调研与问题定位阶段：系统分析生物打印领域中传统静态生物墨水因共价交联网络导致的应力松弛不足、细胞活动支持能力有限等问题，明确动态生物墨水模拟天然细胞外基质（ECM）动态网络的研究价值。

2. 分子设计原理梳理阶段：归纳动态生物墨水的两大核心设计机制，即基于氢键、宿主-客体相互作用等的超分子作用力，以及可逆Diels-Alder反应、 Schiff 碱基键等动态化学键的构建逻辑。

3. 性能影响因素解析阶段：从打印适性（流变学特性与表面张力调控）、结构稳定性（交联机制与力学平衡）、细胞行为调控（黏附、增殖、分化的动态微环境模拟）三方面，提炼动态生物墨水推动生物打印发展的关键要素。  

4. 组织工程应用总结阶段：整合动态生物墨水在骨与软骨再生、皮肤修复、肝脏/心脏组织构建等场景的应用案例，分析其在仿生结构构建与功能整合中的实际进展。  

5. 挑战与展望研判阶段：指出动态生物墨水在细胞-材料动态互作机制解析、多尺度仿生梯度设计、临床转化安全性等方面的挑战，提出结合人工智能、器官芯片等技术的未来发展方向。

文章来源：
https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2025.101527