據(jù)外媒New Atlas報(bào)道,在未來(lái)可能會(huì)導(dǎo)致人造移植器官和復(fù)雜的再生療法的一個(gè)舉措中,由生物工程師Ali Khademhosseini領(lǐng)導(dǎo)的加州大學(xué)洛杉磯分校的一個(gè)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種使用多種材料打印復(fù)雜生物組織的新技術(shù)。該團(tuán)隊(duì)使用經(jīng)過(guò)特殊改造的3D打印機(jī),有望在將來(lái)按需創(chuàng)建治療性生物材料。
器官移植和其他高級(jí)組織治療面臨著看似無(wú)法逾越的瓶頸。只有有限數(shù)量的器官供體或其他生物材料來(lái)源,并且即使在最好的情況下,器官和組織也不會(huì)完全與受體相容,并且可能不適合用于目的。理想情況下,生物工程師想要完全繞過(guò)常規(guī)來(lái)源并在實(shí)驗(yàn)室中培養(yǎng)器官和組織。這不僅可以為醫(yī)療界提供無(wú)限量的健康無(wú)菌材料,還可以讓醫(yī)生和外科醫(yī)生根據(jù)他們的要求制作生物材料。
麻煩的是,活組織與許多不同類(lèi)型的細(xì)胞、血管、神經(jīng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)作用后非常復(fù)雜。嘗試在培養(yǎng)皿中培養(yǎng)一顆心臟,將一些心肌細(xì)胞與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)混合在一起,你將得到的是很快會(huì)停止分裂的細(xì)胞。
另一種方法是用聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)和明膠-甲基丙烯酰(GelMA)等生物相容材料建立一個(gè)支架。這種模仿活體組織結(jié)構(gòu)的支架就像嬰兒體內(nèi)的軟骨一樣。剛出生時(shí),嬰兒的骨骼中的大部分都是軟骨,但隨著它的生長(zhǎng)和成熟,骨骼組織將被替代。在人造組織中,引入干細(xì)胞,其生長(zhǎng)到支架中并替換它。
一種用于創(chuàng)建這些支架的技術(shù)被稱(chēng)為自動(dòng)立體平版打印法。這是一個(gè)基于光的過(guò)程,其中與3D打印機(jī)一起放置與干細(xì)胞混合的水凝膠,當(dāng)光束引起分子鍵形成時(shí),使凝膠硬化。
由Khademhosseini設(shè)計(jì)的生物打印機(jī)基于這種技術(shù),但它也包含了一個(gè)關(guān)于微芯片大小和形狀的定制微流控芯片。這具有多個(gè)入口,因此它一次可以使用多種細(xì)胞注入材料進(jìn)行打印。加州大學(xué)洛杉磯分校研究人員表示,在操作過(guò)程中,自動(dòng)反光鏡為被打印物體的每一層創(chuàng)建一個(gè)圖案,同時(shí)光線(xiàn)能夠凝固凝膠。目前,打印機(jī)使用四種“生物墨水”,但這個(gè)數(shù)量可以擴(kuò)大。
到目前為止,打印機(jī)已被用于創(chuàng)建簡(jiǎn)單的形狀、肌肉組織和肌肉骨骼結(jié)締組織的3D模擬,以及帶有血管的假腫瘤。此外,這些結(jié)構(gòu)已被植入大鼠而沒(méi)有出現(xiàn)排異反應(yīng)。
Khademhosseini表示:“組織結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜,因此為了設(shè)計(jì)出功能正常的人工版本,我們必須重新創(chuàng)建它們的復(fù)雜性。我們提供了一種新方法,通過(guò)構(gòu)建由不同材料制成的復(fù)雜生物相容性結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)!
該研究由美國(guó)海軍研究辦公室和美國(guó)國(guó)家衛(wèi)生研究院資助,發(fā)表在《Advanced Materials》雜志上。
論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201800242
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