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创新让体积生物打印迈向临床
2023-07-03
作者:不朽情缘

生物打印是对活细胞和组织的打印 ,患者可利用自己的细胞造就出器官 ,这项大有前途的技术将来可解决器官捐赠欠缺的问题。然而 ,打印活组织和细胞是极其复杂的 ,必要克服很多阻碍。

近期颁发在《先进资料技术》上的3篇论文介绍了荷兰乌得勒支大学医学中心有关生物打印活组织的3项创新 ,这些创新将使生物打印更具临床意思。

在打印样品中创建生物职能区

体积生物打印可在短短几秒钟内打印出几立方厘米的物体 ,这为打印细胞提供了很多可能性。然而 ,受到载有细胞的水凝胶的个性限度 ,当打印实现时 ,细胞可能不会被正确地搁置在必要的处所 ,也不成能通过扭转凝胶来援手细胞发育、成长或特化。

为了可能在打印过程后对打印品进行化学改性 ,钻研人员钻研了凝胶的孔隙率 ,以及与凝胶中其他分子结合的化合物。

首先 ,他们用体积打印机打印基于明胶的结构 ,而后将生物分子和光引发剂注入这些结构 ,可在明胶结构中创造复杂的3D模型。这种步骤第一次能让科学家3D节造想要捕获的生物分子的地位。

有了这项创新 ,成长因子或生物活性蛋白质能以任何想要的3D状态引入体积打印中。例如 ,科学家能够在3D打印对象内创建一条“吸引”新血管的轨迹 ,将疏导血管方向和形成的信号分子搁置在该轨迹上。而后 ,这些信号就能够正确吸引细胞 ,或者援手干细胞阐扬其再生潜力。

与急剧体积生物打印技术相结合 ,科学家有望创建能够领导细胞行为和发育的生物软化支架。这意味着 ,将来能利用3D生物打印近距离仿照天然组织和器官的复杂生化环境。


颗粒状凝胶打印细胞占有更高活性

3D打印成功造作出组织的同时 ,其中的细胞也必要得到呵护。若是它们要形成一个职能组织 ,就必要可能成长、移动和互订互换。

为了实现这一点 ,用于生物打印的资料必须提供一个允许细胞自组织和互换的环境 ,例如使用软水凝胶 ,但确保这些资料的高分辨率打印和状态保真度依然是一个瓶颈 ,尤其是在使用传统3D打印技术时。

钻研团队利用颗粒树脂来克服挑战。每个微粒子占有与其散装水凝胶对应物相当的个性 ,且包装好的微凝胶粒子能够按需设计和定造。因而 ,利用颗粒生物资料能应对打印过程中与块状细胞封装和资料可加工性有关的缺点。

这种颗粒状树脂允许钻研人员将挤压打印和体积打印结合在一路。使用挤压打印 ,某些细胞或其他化学物质能够专门沉积在树脂中。这种步骤优化了体积打印速度和挤压打印精度之间的平衡。凝胶在打印喷嘴周围移动 ,就像手指搅动奶油 ,奶油也在手指周围移动一样 ,细胞可急剧搁置在多层中 ,而不用不安结构的强度。而后 ,体积打印能够通过创建和细化挤压单元周围的状态来实现这一过程。

细胞尝试证实 ,在利用颗粒状树脂打印后 ,细胞拥有更多的生物活性 ,远远超过固体凝胶。在打印到树脂中的8天内 ,干细胞可能更好地扩大 ,上皮细胞、神经元样细胞相互之间成立了更多衔接。

将来 ,这些工具将援手加强组织职能 ,为组织工程、再生医学和新兴的工程生物资料领域启发更多机遇。


技术结合实现职能性血管打印

体积生物打印允许细胞在打印过程中存活下来 ,然而 ,其最终打印的结构出缺点 ,例如打印的血管不能很好地接受高压并弯曲。为此 ,钻研人员试图将体积生物打印和熔融电写结合。

熔融电写是一种高精度的3D打印 ,它的工作道理是疏导可生物降解的熔融塑料的细丝来工作。它可能造作机械强度高、可能接受表力的支架 ,但弊端是它们不能直接用电池打印 ,由于涉及的温度很高 ,这次解决方式是使用体积生物打印将载细胞凝胶固化到支架上。

钻研人员先使用熔融电写创建管状支架 ,而后将其浸入带有光活性凝胶的幼瓶中 ,并搁置在体积生物打印机中。准则上 ,打印机的激光能够针对性地固化支架内、支架上及其周围的凝胶。

测试发现 ,分歧厚度的支架产生了牢固的管子。通过使用两种分歧象征的干细胞 ,钻研幼组可能打印出带有两层干细胞的道理验证血管 ,并种植上皮细胞 ,覆盖血管的管腔。

这种设计还允许钻研人员在打印品的侧面留出孔 ,从而有可能节造血管的渗入性 ,使血液阐扬其职能。最后 ,钻研人员还创造了更复杂的结构 ,如分叉血管 ,甚至拥有维持单向流动职能的静脉瓣膜血管。

钻研人员暗示 ,这些创新为推动生物打印提供了越发矫捷的选择 ,将来他们会将这些技术结合起来并加以扩大。

创新让体积生物打印迈向临床

生物打印是对活细胞和组织的打印 ,患者可利用自己的细胞造就出器官 ,这项大有前途的技术将来可解决器官捐赠欠缺的问题。然而 ,打印活组织和细胞是极其复杂的 ,必要克服很多阻碍。

近期颁发在《先进资料技术》上的3篇论文介绍了荷兰乌得勒支大学医学中心有关生物打印活组织的3项创新 ,这些创新将使生物打印更具临床意思。

在打印样品中创建生物职能区

体积生物打印可在短短几秒钟内打印出几立方厘米的物体 ,这为打印细胞提供了很多可能性。然而 ,受到载有细胞的水凝胶的个性限度 ,当打印实现时 ,细胞可能不会被正确地搁置在必要的处所 ,也不成能通过扭转凝胶来援手细胞发育、成长或特化。

为了可能在打印过程后对打印品进行化学改性 ,钻研人员钻研了凝胶的孔隙率 ,以及与凝胶中其他分子结合的化合物。

首先 ,他们用体积打印机打印基于明胶的结构 ,而后将生物分子和光引发剂注入这些结构 ,可在明胶结构中创造复杂的3D模型。这种步骤第一次能让科学家3D节造想要捕获的生物分子的地位。

有了这项创新 ,成长因子或生物活性蛋白质能以任何想要的3D状态引入体积打印中。例如 ,科学家能够在3D打印对象内创建一条“吸引”新血管的轨迹 ,将疏导血管方向和形成的信号分子搁置在该轨迹上。而后 ,这些信号就能够正确吸引细胞 ,或者援手干细胞阐扬其再生潜力。

与急剧体积生物打印技术相结合 ,科学家有望创建能够领导细胞行为和发育的生物软化支架。这意味着 ,将来能利用3D生物打印近距离仿照天然组织和器官的复杂生化环境。


颗粒状凝胶打印细胞占有更高活性

3D打印成功造作出组织的同时 ,其中的细胞也必要得到呵护。若是它们要形成一个职能组织 ,就必要可能成长、移动和互订互换。

为了实现这一点 ,用于生物打印的资料必须提供一个允许细胞自组织和互换的环境 ,例如使用软水凝胶 ,但确保这些资料的高分辨率打印和状态保真度依然是一个瓶颈 ,尤其是在使用传统3D打印技术时。

钻研团队利用颗粒树脂来克服挑战。每个微粒子占有与其散装水凝胶对应物相当的个性 ,且包装好的微凝胶粒子能够按需设计和定造。因而 ,利用颗粒生物资料能应对打印过程中与块状细胞封装和资料可加工性有关的缺点。

这种颗粒状树脂允许钻研人员将挤压打印和体积打印结合在一路。使用挤压打印 ,某些细胞或其他化学物质能够专门沉积在树脂中。这种步骤优化了体积打印速度和挤压打印精度之间的平衡。凝胶在打印喷嘴周围移动 ,就像手指搅动奶油 ,奶油也在手指周围移动一样 ,细胞可急剧搁置在多层中 ,而不用不安结构的强度。而后 ,体积打印能够通过创建和细化挤压单元周围的状态来实现这一过程。

细胞尝试证实 ,在利用颗粒状树脂打印后 ,细胞拥有更多的生物活性 ,远远超过固体凝胶。在打印到树脂中的8天内 ,干细胞可能更好地扩大 ,上皮细胞、神经元样细胞相互之间成立了更多衔接。

将来 ,这些工具将援手加强组织职能 ,为组织工程、再生医学和新兴的工程生物资料领域启发更多机遇。


技术结合实现职能性血管打印

体积生物打印允许细胞在打印过程中存活下来 ,然而 ,其最终打印的结构出缺点 ,例如打印的血管不能很好地接受高压并弯曲。为此 ,钻研人员试图将体积生物打印和熔融电写结合。

熔融电写是一种高精度的3D打印 ,它的工作道理是疏导可生物降解的熔融塑料的细丝来工作。它可能造作机械强度高、可能接受表力的支架 ,但弊端是它们不能直接用电池打印 ,由于涉及的温度很高 ,这次解决方式是使用体积生物打印将载细胞凝胶固化到支架上。

钻研人员先使用熔融电写创建管状支架 ,而后将其浸入带有光活性凝胶的幼瓶中 ,并搁置在体积生物打印机中。准则上 ,打印机的激光能够针对性地固化支架内、支架上及其周围的凝胶。

测试发现 ,分歧厚度的支架产生了牢固的管子。通过使用两种分歧象征的干细胞 ,钻研幼组可能打印出带有两层干细胞的道理验证血管 ,并种植上皮细胞 ,覆盖血管的管腔。

这种设计还允许钻研人员在打印品的侧面留出孔 ,从而有可能节造血管的渗入性 ,使血液阐扬其职能。最后 ,钻研人员还创造了更复杂的结构 ,如分叉血管 ,甚至拥有维持单向流动职能的静脉瓣膜血管。

钻研人员暗示 ,这些创新为推动生物打印提供了越发矫捷的选择 ,将来他们会将这些技术结合起来并加以扩大。