江南大学利用生物3D打印技术研发三维细胞传感器

近日，来自江南大学的孙秀兰教授团队将3D打印技术引入生物传感器的构建过程，实现了精确、快速、可批量化地生产真菌毒素的毒性分析工具的目的。

首先，研究人员利用EFL团队提供的挤出式生物3D打印机(EFL-BP-6601)和GelMA生物墨水(EFL-GM-60)制备了一种电化学传感器，并对其实验条件进行了相关的优化。为提高丝网印刷电极(SPCE)的电化学灵敏度，金纳米粒子(AuNP)被电镀在SPCE的工作电极上，并通过掺入碳纳米纤维进一步提高GelMA水凝胶的导电性。打印填充方式的优化中，“蜂巢”型的打印填充方式显示出了优于其他填充方式的导电性能。A549细胞/碳纳米纤维/GelMA复合水凝胶通过3D打印程序被精确沉积于8通道丝网印刷电极的工作电极上，从而得到细胞电化学传感器。

其次，由于不同浓度的GelMA水凝胶会表现出不同的加工性能和生物相容性特征，研究人员评估了不同浓度的GelMA水凝胶的电导率及其对细胞活力的影响。结果表明，随着GelMA浓度的增加，丝网印刷电极的电流值降低，可见高浓度的GelMA不利于电子传输。

不同GelMA浓度的电导率和生物相容性的比较

最后，将构建的细胞传感器暴露于不同浓度的DON、3-ADON和15-ADON中，以分析每种霉菌毒素的毒性。构建的电化学毒性评价方法表明，真菌毒素降低了A549细胞的活性。

DON、3-ADON和15-ADON联合作用于A549细胞后的细胞抑制率曲线(以CCK-8法和构建的电化学方法作为比较)

本研究开发了一种基于生物打印的可用于多样品检测的电化学传感器，用于评价DON及其乙酰化衍生物的单一和联合毒性。本研究表明，DON、3-ADON和15-ADON以剂量依赖性的方式引起细胞活力的显著降低，本文中的常规毒理指标的检测结果还发现细胞内环境信息系统与ROS水平、细胞内Ca2+浓度、凋亡率和坏死率均有关系。该方法简单、有效，为可批量化地生产毒物的细胞毒性评价工具提供新的方向。目前，该研究成果已经发表在“Bioelectrochemistry”上。