研究

科学家在新的可定制3D生物打印材料方面取得了进展

来自华盛顿州立大学的机械和材料工程学院开发了一种新颖的可定制的3D生物印刷材料,设计用于更好地模仿自然组织的结构。

由于具有可编程的力学性能,这种支架材料可以更好地促进细胞在各种环境下的自然生长,为科学家们定制组织制造提供了更可靠的途径。Arda Gozen教授是这项研究的合著者,他认为这种材料作为一种易于使用的生物墨水有着光明的前景。他相信医生很可能按下一个按钮,用这种材料打印出一个支架,并根据病人的需要制造出替换的皮肤、软骨和其他生物结构。

“这种方法在制造功能组织方面的成功依赖于制造的结构如何模仿本地组织,”雷森解释说。“如果你想种植细胞并将它们转变为功能组织,需要匹配本地组织的机械环境。”

生物打印实验室的阿尔达·戈曾教授。威诺娜州立大学通过照片。
生物打印实验室的阿尔达·戈曾教授。威诺娜州立大学通过照片。

3D生物打印技术

3D BioPlinting的圣杯是整个替代器官的制作,一个里程碑将消除移植等待时间,并在全球范围内占据巨额负担的医疗系统。在它所立的情况下,3D生物监护技术仅能够产生简单的组织样品,从而通过层沉积成型的生物链以使支架沉积,然后为细胞提供培养的细胞生长。

不幸的是,进化比我们的高精度微沉积系统要复杂得多,这意味着真正的生物细胞通常很难在人造支架上生长。例如,皮肤细胞在感觉像真皮肤的支架上生长,而肌肉细胞在感觉像真肌肉的支架上生长。

3D生物打印技术主要是欺骗这些生物细胞,让它们以为自己被真实的东西包围着。研究人员对支架进行微调的一种典型方式是增加或移除桁架,从而增加或减少结构的刚度。虽然这种方法相对简单,但它并不能提供最终用途组织工程所需的灵活性。

Gozen补充道:“我们并没有太多需要调整的地方。你需要更多的自由度——在不改变结构的情况下创造出更软或更硬的东西。”

一组使用该团队的新材料3D打印的支架。威诺娜州立大学通过照片。
使用团队的新材料印刷一套脚手架3D。威诺娜州立大学通过照片。

适应适应的3D生物链

为满足适应性的需求,华盛顿队开发了一种具有可定制机械性能的新型生物型。使用明胶,阿拉伯树胶和海藻酸钠产生的,将三种化学过程结合在一起,将三种成分系在一起,几乎像编织绳索。修改单独的化学过程使科学家能够微调最终脚手架的刚度,而无需用桁架修改几何设计。

Gozen解释说:“这使你能够在不改变支架设计的情况下调整属性,并给予你我们所寻求的额外自由度。”

虽然这项工作仍处于早期阶段,但Gozen的团队已经使用这种材料3D打印鼻软骨支架。模拟自然组织的复杂性仍然是一个挑战,但随着打印参数或成分成分的变化,该团队相信最终可以制造出可用的支架结构,用于更大规模的组织工程应用。

“你在这里没有聚集乐高。这总是关于复制与身体合作的性质,“总结道。“你可以制作生活结构,但它们看起来与本地组织一样。精确是关键,因为单个组织没有单一机械性能靶标。“

3D打印鼻支架。威诺娜州立大学通过照片。
3D打印鼻支架。威诺娜州立大学通过照片。

该研究的更多细节可以在题为“3D打印,机械可调,复合海藻酸钠,明胶和阿拉伯胶(SA-GEL-GA)支架'。它是由Mahmoud AMR,Arda Gozen等人合作的。

类似的,来自宾夕法尼亚州立大学以前开发了一种能够的3D生物印刷工艺同时打印软硬组织修复皮肤和骨骼伤害。使用两种专门设计的生物链条和生物印刷工艺,该团队能够在单个程序中在几分钟内在几分钟内修复大鼠模型的颅骨和皮肤。

在其他地方,科学家来自阿卜杜拉国王科技大学最近开发了一种新的3D打印方法基于超短肽的水凝胶支架。研究小组利用这种短的氨基酸链来形成生物墨水,用于组织工程的目的。

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特色图片显示Bioplinting Lab的Arda Gozen教授。威诺娜州立大学通过照片。

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