医疗和牙科

快速的新生物监测方法解锁了人类组织移植的潜力

科学家们来自纽约州立大学布法罗分校已经开发出了一种快速的新型3D生物打印方法,代表着向完全打印人类器官迈出了重要的一步。

使用一种基于vat- sla的新方法,该团队已经能够将创建细胞负载水凝胶结构所需的时间从6个多小时减少到19分钟。这种快速的生物制造方法也使嵌入式血管网络的生产成为可能,这可能使它朝着等待移植的人所需的挽救生命的3D打印器官迈出了重要的一步。

“我们的方法允许快速打印厘米大小的水凝胶模型,”该研究的主要合著者周驰解释说。“它显著减少了传统3D打印中常见的长时间暴露在环境压力下所造成的零件变形和细胞损伤。”

“我们开发的技术比行业标准快10-50倍,它适用于之前难以实现的大型样本尺寸。”

把生物印刷拿起一个装备

虽然生物印刷的细胞载有含量在人体组织和器官移植方面具有显着的潜力,但该技术仍处于新生阶段。面对宽泛采用这些过程的主要障碍是打印速度,因为水凝胶的沉积速率已经受到限制,以避免损害其现有的细胞。

基于喷嘴的技术也有其他缺点,因为它们可以延长细胞暴露于剪切应力以及低氧水平和温度,在该过程中损坏它们。更重要的是,使用常规方法生产的水凝胶支架通常具有低机械强度,使得难以掺入血管通道等软悬垂结构。

虽然使用牺牲支撑使科学家能够部分克服这一缺陷,但这种方法背后的挤压方法的简单性继续限制其容量。相比之下,最近开发的连续液体界面生产(CLIP)技术有潜力大幅提高生物打印过程的速度。

通过在“死区之上”上方的连续建筑层,'剪辑方法允许材料不断补充,增加生产能力,但实用的是能够创造薄壁零件。建立这种方法,水牛团队现已开发出一种“浮子”方法,其中水凝胶可以以更高的速度沉积,从而能够产生较大的血管化组织。

科学家能够在不到20分钟的时间内打印手形结构(图示)。照片通过高级医疗保健材料杂志。

“浮动”的生物印刷方法

在研究人员的优化浮法方法中,物体基本上通过在低吸力下的水凝胶中的玻璃板内固化,产生具有高弹性的厚部件。为了证明其方法的生物相容性,该团队最初制造了一组来自细胞相容的PEAGENB聚合物的试样。

有趣的是,虽然测试部件显示出足够的刚性,但它们也收缩了51%,这使得研究人员在更大的模型上改用PEGDA材料。在更大胆的测试中,Buffalo团队随后3D打印了几个2.6 × 1.7 × 5.6厘米的手形水凝胶结构,“手指”在压缩下弯曲。

使用普通的SLA 3D打印机生产相同的模型需要6.5个小时,明显长于他们基于浮动机器的19分钟。科学家们以水凝胶为基础的手也有血管通道,这意味着他们最终可以植入内皮细胞来创造有功能的、可移植的肢体。

最终,科学家能够将细胞斑块的细胞籽种子进入微型通道前体内,但他们还发现将这些聚集成更高强度的结构产生低细胞活力。未来,团队认为切换到纳米材料掺杂的聚合物可以提供平衡刚性和相容性的答案,并能够快速生产水凝胶基血管化结构。

向现实缩小生物印刷

虽然3D生物打印在很大程度上仍处于实验阶段,但有迹象表明,这项技术正缓慢地向更多的终端应用发展。

3 d打印机OEM三维系统宣布了它的重大突破打印到灌注生物打印平台今年早些时候。该系统现在能够创建全尺寸的血管化肺脚手架,公司已表示该技术即将在其医疗保健业务中发挥关键作用。

生物技术公司联合疗法和以色列公司抱怨还有重大进展在他们的竞标方面大规模制造3D印刷肾脏。这两家公司已经把一家以前的烟草工厂变成了现代的3D生物打印生产线,可以大量生产可添加的器官。

在其他地方,创造功能人体器官的努力仅限于小型化模型,例如微小的3d生物印刷的心由科学家创造的德克萨斯大学埃尔帕索分校。血管化结构被送到了国际空间站(ISS)测试微匍匐程度如何影响人类的心脏。

研究人员的调查结果在题为“大规模生物相容水凝胶模型的快速立体光刻印刷。“该研究由Nanditha Anandakrishnan,Hand Ye,Zipeng Guo,Zhyei Chen,Kyle I. Mentkowski,Jennifer K. Lang,Nika Rajabian,Stelios T. Andreadis,Zhen Ma,Joseph A. Spernyak,Jonathan F. Lovell,王王,君霞,志周和若阳赵。

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特色图像显示在布法罗大学3D生物打印的手。照片通过高级医疗保健材料杂志。