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首頁 > 資訊中心“冷凍生物打印”青島3D打印出活人肌腱
發(fā)布時間：2022-02-15
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佛醫(yī)學院和四川大學的研究人員開發(fā)了一種新的3D生物打印活人肌肉肌腱組織的方法。
胞的正常擠壓生物打印相反，該團隊的“冷凍生物打印”過程將它們冷凍并垂直堆疊，從而允許創(chuàng)建獨立的混合細胞組織。
根據科學家的說法，他們的技術還生產出比傳統(tǒng)生物打印生產的組織更堅固、更通用的組織，特別是在涉及自然界各向異性的組織時，因此他們說它現在可以找到再生醫(yī)學、藥物發(fā)現或個性化治療應用.
顯示團隊3D生物打印肌腱組成的圖表
擠出生物打印替代品？
迄今為止，很少有3D生物打印技術進入市場，該領域在這方面仍處于相對早期的發(fā)展階段。然而，科學家們說，在實驗水平上使用的那些方法中，許多仍然依賴于基于擠壓的方法，這通常是功能性的，但當涉及到打印嚴重依賴對齊的組織，如肌肉和神經纖維時，它們往往不夠。
為了克服這些組織堆積問題，研究人員因此轉向“冰模板”，這是一種冷凍過程，一旦它們解凍，就會在充滿細胞的水凝膠結構內形成微通道。自然地，這樣做通常會損害這些細胞的活力，因此為了防止這種情況，研究小組在他們的細胞中加入了冷凍保護劑 (CPA) 松三糖和二甲基亞砜。
冷凍后，研究人員隨后使用紫外線 (UV) 光垂直交聯(lián)這種新型生物墨水，并將其擠出到由高分辨率蜂窩狀微通道網絡組成的組織中，能夠支持各種不同類型的細胞，無論是它們是骨骼肌成肌細胞或人臍靜脈內皮細胞。
“我們的結果表明，由明膠甲基丙烯酰和 CPA 組成的 [我們的] 生物墨水可以有效地用于垂直3D低溫生物打印，以實現高活力的細胞封裝，”該團隊在他們的論文中解釋道。 “在過程中通過定向冷凍形成的互連、各向異性、梯度微通道的幫助下，還實現了所需的細胞排列?！?/span>
研究人員的“冷凍生物打印”技術
“冷凍生物打印”人類肌腱
在證明了他們的方法的可行性后，科學家們繼續(xù)評估其在創(chuàng)建更復雜的多細胞類型組織結構方面的功效。為了實現這一目標，該團隊最初使用配備同軸噴嘴的3D生物打印機將細胞沉積到垂直的核殼結構中，在這個過程中，他們可以精確控制材料沉積，同時使用多達八種不同的墨水。
至關重要的是，在這些組織中，研究人員還發(fā)現，他們的方法使他們能夠創(chuàng)建可定制的各向異性微通道，促進細胞生長，盡管成功程度不同。經過多次試驗打印，證明分別結合了 8% 和 10% 的松三糖和 DMSO 的生物墨水是最有效的，產生的組織的細胞活力在 60-80% 之間波動。
然而，盡管這些混合的結果，科學家們將其歸因于他們的實驗過程中的潛在變化，他們繼續(xù)采取他們的方法更進一步，通過將其應用于肌腱“連接點”的創(chuàng)建，這是一種組織塊，其有機形式，通過肌腱將肌肉收縮的力量傳遞到人體骨骼系統(tǒng)。
在這個過程中，據說冷凍生物打印被證明是理想的，因為它能夠創(chuàng)建一個連接處，在該連接處，其下部細胞高度對齊，其成纖維細胞較少，模仿其天然對應物的結構。打印完成后，將生成的肌腱培養(yǎng) 7 天，其中肌肉和血管生物墨水明顯相互連接，長成致密的微血管網絡。
因此，盡管該團隊承認他們的方法目前存在打印高度限制，無法在某些體內應用中使用，但他們堅持認為，它還可以用于創(chuàng)建肌肉骨骼模型，并有可能幫助開發(fā)患者-特定的治療方法，并增進我們對人體的了解。
“可以合理地預期，我們的垂直 3D 冷凍生物打印策略可能會在工程設計各種以內部細胞和細胞外基質排列為特征的組織中廣泛使用，”該團隊在他們的論文中總結道。 “該方法的另一個可能用途在于創(chuàng)建用于生物學研究、藥物發(fā)現和個性化醫(yī)療的體外肌肉骨骼模型?！?/span>
胞的正常擠壓生物打印相反，該團隊的“冷凍生物打印”過程將它們冷凍并垂直堆疊，從而允許創(chuàng)建獨立的混合細胞組織。
根據科學家的說法，他們的技術還生產出比傳統(tǒng)生物打印生產的組織更堅固、更通用的組織，特別是在涉及自然界各向異性的組織時，因此他們說它現在可以找到再生醫(yī)學、藥物發(fā)現或個性化治療應用.
顯示團隊3D生物打印肌腱組成的圖表
擠出生物打印替代品？
迄今為止，很少有3D生物打印技術進入市場，該領域在這方面仍處于相對早期的發(fā)展階段。然而，科學家們說，在實驗水平上使用的那些方法中，許多仍然依賴于基于擠壓的方法，這通常是功能性的，但當涉及到打印嚴重依賴對齊的組織，如肌肉和神經纖維時，它們往往不夠。
為了克服這些組織堆積問題，研究人員因此轉向“冰模板”，這是一種冷凍過程，一旦它們解凍，就會在充滿細胞的水凝膠結構內形成微通道。自然地，這樣做通常會損害這些細胞的活力，因此為了防止這種情況，研究小組在他們的細胞中加入了冷凍保護劑 (CPA) 松三糖和二甲基亞砜。
冷凍后，研究人員隨后使用紫外線 (UV) 光垂直交聯(lián)這種新型生物墨水，并將其擠出到由高分辨率蜂窩狀微通道網絡組成的組織中，能夠支持各種不同類型的細胞，無論是它們是骨骼肌成肌細胞或人臍靜脈內皮細胞。
“我們的結果表明，由明膠甲基丙烯酰和 CPA 組成的 [我們的] 生物墨水可以有效地用于垂直3D低溫生物打印，以實現高活力的細胞封裝，”該團隊在他們的論文中解釋道。 “在過程中通過定向冷凍形成的互連、各向異性、梯度微通道的幫助下，還實現了所需的細胞排列?！?/span>
研究人員的“冷凍生物打印”技術
“冷凍生物打印”人類肌腱
在證明了他們的方法的可行性后，科學家們繼續(xù)評估其在創(chuàng)建更復雜的多細胞類型組織結構方面的功效。為了實現這一目標，該團隊最初使用配備同軸噴嘴的3D生物打印機將細胞沉積到垂直的核殼結構中，在這個過程中，他們可以精確控制材料沉積，同時使用多達八種不同的墨水。
至關重要的是，在這些組織中，研究人員還發(fā)現，他們的方法使他們能夠創(chuàng)建可定制的各向異性微通道，促進細胞生長，盡管成功程度不同。經過多次試驗打印，證明分別結合了 8% 和 10% 的松三糖和 DMSO 的生物墨水是最有效的，產生的組織的細胞活力在 60-80% 之間波動。
然而，盡管這些混合的結果，科學家們將其歸因于他們的實驗過程中的潛在變化，他們繼續(xù)采取他們的方法更進一步，通過將其應用于肌腱“連接點”的創(chuàng)建，這是一種組織塊，其有機形式，通過肌腱將肌肉收縮的力量傳遞到人體骨骼系統(tǒng)。
在這個過程中，據說冷凍生物打印被證明是理想的，因為它能夠創(chuàng)建一個連接處，在該連接處，其下部細胞高度對齊，其成纖維細胞較少，模仿其天然對應物的結構。打印完成后，將生成的肌腱培養(yǎng) 7 天，其中肌肉和血管生物墨水明顯相互連接，長成致密的微血管網絡。
因此，盡管該團隊承認他們的方法目前存在打印高度限制，無法在某些體內應用中使用，但他們堅持認為，它還可以用于創(chuàng)建肌肉骨骼模型，并有可能幫助開發(fā)患者-特定的治療方法，并增進我們對人體的了解。
“可以合理地預期，我們的垂直 3D 冷凍生物打印策略可能會在工程設計各種以內部細胞和細胞外基質排列為特征的組織中廣泛使用，”該團隊在他們的論文中總結道。 “該方法的另一個可能用途在于創(chuàng)建用于生物學研究、藥物發(fā)現和個性化醫(yī)療的體外肌肉骨骼模型?！?/span>