突破性“即冻即打”技术问世：新型冷冻生物墨水破解贴壁细胞保存难题
发布时间：
2026-03-24
近日，一项由中国科学院动物研究所顾奇研究员团队取得的创新成果，为组织工程和再生医学领域带来了颠覆性突破。该团队成功研发了一种名为CAMP（Cryopreservation for Adhesion and Maintenance Printing）的新型双相生物墨水平台，实现了负载贴壁细胞的生物墨水“冻存-复苏-直打”一体化流程，彻底告别了传统有毒冷冻保护剂，为临床“即拿即用”的组织修复提供了全新解决方案。
直面挑战：细胞存活与水凝胶完整性的双重瓶颈
将冷冻保存技术与生物3D打印相结合，一直是构建组织工程产品的理想路径。它能够省去传统方法中复苏后复杂的体外培养步骤，实现从细胞库到手术室的无缝衔接。然而，该技术长期以来面临两大核心挑战：其一，传统冷冻过程中形成的冰晶会严重损伤细胞活性；其二，作为打印基质的水凝胶在冻存后结构完整性下降，直接导致其丧失可打印性。尤其对于间充质干细胞（MSCs）这类对机械力敏感的贴壁细胞而言，在冷冻过程中因失去基质锚定而大量死亡，成为技术转化的巨大障碍。传统方法不得不依赖高浓度的二甲基亚砜（DMSO）等有毒冷冻保护剂来对抗冰晶，但这又会带来严重的细胞毒性问题。
创新策略：双相设计与物理化学协同保护
针对上述难题，顾奇团队提出了一种全新的CAMP平台。该平台的核心在于其精巧的双相结构设计：内相是由涂有I型胶原的凹形透明质酸微载体（cHAMC），为MSCs的贴附与增殖提供了稳定的条件；外相则是包裹细胞的氧化甲基丙烯酸化海藻酸钠（OMA）水凝胶基质。
这一设计在物理和化学层面实现了双重保护。首先，富含羟基与羧基的OMA/明胶基质在-196°C的液氮环境中，通过氢键作用有效锚定水分子，重塑水分子网络，从而将冰晶的再结晶抑制能力提升至常规PBS缓冲液的10倍左右，在不添加任何DMSO的条件下实现了高效的无毒性冷冻保护。
更令人瞩目的是，CAMP平台打破了细胞需在悬浮收缩状态下冷冻的传统认知。微载体为细胞提供了持续的机械支撑，使细胞在冷冻与复苏的整个过程中始终保持骨架伸展与黏附状态，极大地降低了因渗透压与机械应力引发的细胞凋亡。实验证明，复苏后细胞存活率高达80%以上。
“即冻即打”：从实验室到临床的转化潜力
CAMP平台的另一大优势在于其卓越的临床适用性。复苏后的生物墨水在4–8°C的低温下即可直接进行挤出式3D打印。墨水中微载体与基质间的动态席夫碱键赋予了其优异的剪切变稀性能，既防止了喷嘴堵塞，又保证了打印的顺畅。打印后，通过短短20秒的紫外光照射，即可快速交联，实现结构的长期稳定。
为了验证其在实际治疗中的潜力，团队将负载小分子药物卡托根素（KGN）的CAMP生物墨水在液氮中保存后取出，快速复苏并直接原位注射至大鼠的股骨远端缺损处。结果显示，这种“即冻即打”的生物墨水在3个月内成功诱导了完全的软骨下骨再生，大鼠的下肢运动功能也恢复至健康基线水平。
总结与展望
这项研究不仅通过维持细胞黏附状态揭示了其抵抗冷冻应激的分子机制（即通过上调黏着斑激酶FAK的磷酸化水平，抑制促凋亡因子JNK），更重要的是，它成功构建了一个集冷冻保存、黏附维持与即时打印于一体的工程化平台。相关成果已发表在权威期刊《Advanced Materials》上。
CAMP平台的诞生，意味着未来我们可以像“取用冰块”一样，直接从细胞库中取出预先制备好的载细胞生物墨水，复苏后即刻用于3D打印，构建组织工程支架甚至器官芯片。这一突破性技术为临床大段组织缺损的紧急修复、个性化植入物的快速制造提供了一套极具转化前景的“即拿即用”解决方案，有望彻底打通从实验室到手术室的关键壁垒。
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