如何利用扩散实现结构功能动态调控？

利用扩散机制在生物打印结构内部创建特定空间梯度的方法，主要分为两个方面：

1.形成形态发生素梯度

形态发生素的作用：形态发生素是能够诱导细胞响应的信号分子，常用于生物打印结构中，以指导细胞行为和表型。

直接打印形态发生素梯度：目前，大多数生物打印研究都集中在直接打印形态发生素梯度，但利用扩散机制生成形态发生素梯度具有更大的潜力。

扩散生成连续梯度：通过在打印结构内部设计特定的扩散模式，可以生成连续的形态发生素梯度，而无法通过逐层打印直接生成。

形态发生素梯度的应用：在神经引导管中，可以生成神经生长因子(NGF)和胶质细胞来源的生长因子(GDNF)的空间梯度，分别引导感觉神经元和Schwann细胞的迁移。

分化因子的区域扩散：通过在打印结构的不同区域封装分化因子，并利用扩散机制将其释放到周围细胞中，可以引导不同区域的细胞进行特定的分化。

2.形成其他生物分子梯度

生物分子梯度的应用：除了形态发生素梯度，还可以通过扩散机制在打印结构内部生成其他生物分子梯度，例如骨形态发生蛋白-2 (BMP-2)和转化生长因子-β3 (TGF-β3)的梯度，以诱导软骨细胞和骨细胞的分化。

孔隙率梯度：通过打印具有不同孔隙率的层状支架，并利用扩散机制使骨形态发生蛋白在孔隙率较高的区域优先扩散，可以诱导后期的成骨分化。

微生物相互作用：通过在打印结构中封装不同类型的微生物，并利用扩散机制使中间代谢产物在微生物颗粒之间扩散，可以增强结构的生物学功能。

总结

利用扩散机制在生物打印结构内部创建特定空间梯度可以为细胞行为提供精确的指导，并可以用于制造具有复杂生物学功能的结构。

参考文献

Cai B, et al. Diffusion-Based 3D Bioprinting Strategies. Adv Sci (Weinh). 2024 Feb;11(8):e2306470.