پرینت زیستی سه بعدی به عنوان یک تکنیک نوظهور در تهیه‌ی ساختارهای زیستی برای مدل‌سازی بیماری به حساب می‌آید. با این حال امروزه جوهرهای زیستی حاوی سلول، فاقد زیست‌سازگاری، پرینت‌پذیری و پایداری کافی هستند.
تیمی از محققان دانشگاه A&M تگزاس موفق به توسعه‌ی یک جوهر زیستی بر پایه‌ی هیدروژل شده‌اند که می‌توان از آن برای پرینت سه بعدی مدل‌های عروقی چند سلولی استفاده کرد. این جوهر زیستی بدون در نظر گرفتن تراکم سلول، پرینت‌پذیری و توانایی بالایی برای محافظت از سلول‌های محصور شده در برابر نیروهای برشی بالا در فرآیند چاپ زیستی نشان می‌دهد. در مطالعه‌ی صورت گرفته برای ساخت جوهر از پلیمرهای ژلما (GelMA)، پلی‌اتیلن گلایکول دی‌اکریلیت (PEGDA) و نانوسیلیکات دو بعدی استفاده شد. همچنین برای ایجاد اتصالات عرضی در شبکه‌ی پلیمری، داربست ساخته شده به مدت ۳۰ ثانیه تحت تابش UVقرار گرفت.
در سال‌های اخیر، طیف گسترده‌ای از هیدروژل‌ها برای پرینت سه بعدی عروق به کار گرفته شده‌اند. اگرچه همچنان محدودیت‌هایی برای پرینت جوهرهای حاوی سلول وجود دارد. از جمله‌ی این محدودیت‌ها می‌توان به عدم قابلیت پرینت‌پذیری بالا، خواص مکانیکی مناسب و توانایی قرار دادن دانسیته‌ی بالایی از سلول‌های زنده در هندسه‌های پیچیده‌ی سه بعدی اشاره کرد. جوهرهای زیستی بایستی در هنگام پرینت قابلیت جریان پذیری از سوزن را داشته (ویسکوزیته کم در برش زیاد) و پس از پرینت شکل خود را روی بستر چاپگر حفظ کنند (ویسکوزیته بالا در برش کم). ترکیب نانو سیلیکات‌ها با محلول‌های پیش ساز پلیمری، مانند GelMA-PEGDA، به دلیل توانایی آن در تشکیل یک شبکه اتصالات عرضی فیزیکی، به عنوان یک اصلاح کننده رئولوژیکی عمل میکند. بار سطحی نانو سیلیکات به دلیل وجود اکسیژن مثبت و بار گوشه‌های آن به دلیل آزاد شدنMg2+ و Li2+ در محیط‌های آبی، منفی است. بنابراین علاوه بر برهم‌کنش‌های ذره-ذره، برهم‌کنش‌های نانو سیلیکات-پلیمر نیز از طریق پیوند هیدروژنی، برهم‌کنش‌های یونی و برهم‌کنش‌های الکترواستاتیکی نیز رخ می‌دهد. به عنوان مثال، گروه‌های باردار موجود بر روی رشته‌ی پلیمری (GelMA) ممکن است از طریق برهم‌کنش‌های الکترواستاتیکی با بار سطح/گوشه مخالف نانوسیلیکات‌ها تعامل داشته باشند. علاوه بر این، نشان داده شده است که هیدروژن‌های متصل به کربن‌های اتیلن زنجیره‌های PEGDA منجر به جذب سطح نانوسیلیکات‌ها می‌شوند. بنابراین، برهم‌کنش‌های منحصر به فرد بین نانوسیلیکات‌ها، نانوسیلیکات‌ها و GelMA و نانوسیلیکات‌ها و PEGDA به این شبکه نانو کلوئیدی اجازه می‌دهد تا قابلیت چاپ بالایی را برای کاربردهای چاپ زیستی سه بعدی نشان دهد. همان‌طور که تصویر ۱ مشاهده می‌شود با افزایش مقدار نانوسیلیکات در ترکیب جوهر، ویسکوزیته و خواص مکانیکی به طور قابل توجهی بهبود می‌یابد.
تصویر ۱) نمودار مدول فشاری نسبت به درصد ترکیب اجزای سازنده‌ی جوهر.
همچنین با توجه به تصویر ۲ ساختار پرینت شده توسط این جوهر قادر است که مانند پل بر روی یک شکاف به طول حداکثر ۵ میلی‌متر بدون نیاز به یک ساختار حمایتی قرار گیرد. ساختار داربست پرینت شده از نظر کشش، فشرده سازی، حفظ و جذب سیال نیز بررسی شد که نتایج حاکی از یکپارچگی مکانیکی ساختار پرینت شده بود.
تصویر ۲) بررسی داربست ساخته شده از نظر قدرت کششی، فشاری، حفظ و جذب سیال.
محققان در ادامه از این جوهر برای پرینت سلولی استفاده کردند. از آنجایی که خواص رئولوژی جوهر حاوی سلول نسبت به جوهر فاقد سلول افت میکند، به همین دلیل با استفاده از طراحی آزمایش دانسیته مناسب سلولی محاسبه شد. همان‌طور که در تصویر ۳ مشاهده می‌کنید ابتدا جوهر حاوی سلول‌های اندوتلیال پرینت و تحت تابشUV کراس‌لینک شد. سپس سطح داخلی رگ با سلول‌های ماهیچه‌ای صاف عروقی کشت داده شد.
تصویر ۳) تصویر شماتیک از روش کشت همزمان سلول، پرینت جوهر حاوی سلول و رنگ‌آمیزی سلولی. رنگ قرمز مربوط به رنگ‌آمیزی
سلول‌های ماهیچه‌ای و رنگ سبز مربوط به سلول‌های اندوتلیال عروق خونی.
نهایتا به منظور مدل‌سازی عملکرد عروق، جریان خون در رگ ایجاد و سپس با تحریک سیتوکین با استفاده از فاکتور TNF-𝛼 و ایجاد لخته، پاسخ‌های التهابی بررسی شد. نتایج حاکی از آن است که می‌توان از این جوهر برای پرینت زیستی عروق و استفاده از آن‌ها برای مدل سازی و مطالعه‌ی دارویی که پیش از این تنها در مدل‌های بالینی پیشرفته آزمایشگاهی یا in vivo انجام می‌شد استفاده کرد.
