江南大學(xué)利用生物3D打印技術(shù)研發(fā)三維細(xì)胞傳感器

近日，來自江南大學(xué)的孫秀蘭教授團(tuán)隊(duì)將3D打印技術(shù)引入生物傳感器的構(gòu)建過程，實(shí)現(xiàn)了精確、快速、可批量化地生產(chǎn)真菌毒素的毒性分析工具的目的。

首先，研究人員利用EFL團(tuán)隊(duì)提供的擠出式生物3D打印機(jī)(EFL-BP-6601)和GelMA生物墨水(EFL-GM-60)制備了一種電化學(xué)傳感器，并對其實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行了相關(guān)的優(yōu)化。為提高絲網(wǎng)印刷電極(SPCE)的電化學(xué)靈敏度，金納米粒子(AuNP)被電鍍在SPCE的工作電極上，并通過摻入碳納米纖維進(jìn)一步提高GelMA水凝膠的導(dǎo)電性。打印填充方式的優(yōu)化中，“蜂巢”型的打印填充方式顯示出了優(yōu)于其他填充方式的導(dǎo)電性能。A549細(xì)胞/碳納米纖維/GelMA復(fù)合水凝膠通過3D打印程序被精確沉積于8通道絲網(wǎng)印刷電極的工作電極上，從而得到細(xì)胞電化學(xué)傳感器。

其次，由于不同濃度的GelMA水凝膠會(huì)表現(xiàn)出不同的加工性能和生物相容性特征，研究人員評估了不同濃度的GelMA水凝膠的電導(dǎo)率及其對細(xì)胞活力的影響。結(jié)果表明，隨著GelMA濃度的增加，絲網(wǎng)印刷電極的電流值降低，可見高濃度的GelMA不利于電子傳輸。

不同GelMA濃度的電導(dǎo)率和生物相容性的比較

最后，將構(gòu)建的細(xì)胞傳感器暴露于不同濃度的DON、3-ADON和15-ADON中，以分析每種霉菌毒素的毒性。構(gòu)建的電化學(xué)毒性評價(jià)方法表明，真菌毒素降低了A549細(xì)胞的活性。

DON、3-ADON和15-ADON聯(lián)合作用于A549細(xì)胞后的細(xì)胞抑制率曲線(以CCK-8法和構(gòu)建的電化學(xué)方法作為比較)

本研究開發(fā)了一種基于生物打印的可用于多樣品檢測的電化學(xué)傳感器，用于評價(jià)DON及其乙?；苌锏膯我缓吐?lián)合毒性。本研究表明，DON、3-ADON和15-ADON以劑量依賴性的方式引起細(xì)胞活力的顯著降低，本文中的常規(guī)毒理指標(biāo)的檢測結(jié)果還發(fā)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)環(huán)境信息系統(tǒng)與ROS水平、細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度、凋亡率和壞死率均有關(guān)系。該方法簡單、有效，為可批量化地生產(chǎn)毒物的細(xì)胞毒性評價(jià)工具提供新的方向。目前，該研究成果已經(jīng)發(fā)表在“Bioelectrochemistry”上。