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首頁 > 資訊中心青島3D打印人工軟骨組織的新方法
發(fā)布時(shí)間：2024-03-01
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維也納工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與技術(shù)研究所的研究人員開發(fā)了一種3D打印人造生物組織的新工藝。
這種方法利用高分辨率SLA 3D打印，用生物相容性和可降解塑料生產(chǎn)微小的多孔球體。然后，這些3D打印的足球形狀的支架或球體被干細(xì)胞定植并排列成特定的幾何形狀。
研究小組希望其發(fā)現(xiàn)將為制造人造組織以替代醫(yī)療手術(shù)中受損的軟骨開辟新的可能性。
新方法不僅限于軟骨組織，還可以用于定制不同種類的較大組織，例如骨組織。在研究人員將3D打印方法擴(kuò)展到更復(fù)雜的醫(yī)療應(yīng)用之前，需要克服一些關(guān)鍵挑戰(zhàn)，例如將血管納入更大的3D打印組織中。
研究作者Oliver Kopinski-Grünwald表示：“最初的目標(biāo)是生產(chǎn)小塊定制的軟骨組織，可以在受傷后插入現(xiàn)有的軟骨材料中?！?/span>
“無論如何，我們現(xiàn)在已經(jīng)能夠證明，我們使用球形微支架生產(chǎn)軟骨組織的方法原則上是有效的，并且比其他技術(shù)具有決定性的優(yōu)勢。”
3D打印的球體，充滿活細(xì)胞
使用3D打印細(xì)胞支架制造軟骨組織
Kopinski-Grünwald表示，利用干細(xì)胞培養(yǎng)軟骨組織時(shí)面臨的主要挑戰(zhàn)是通常缺乏對其最終形狀的控制。 Kopinski-Grünwald 解釋說：“這也是因?yàn)檫@樣的干細(xì)胞團(tuán)塊會(huì)隨著時(shí)間的推移改變形狀并經(jīng)常收縮?！?/span>
維也納工業(yè)大學(xué)團(tuán)隊(duì)的新穎方法據(jù)說可以通過專門開發(fā)的基于激光的高分辨率樹脂3D打印機(jī)來克服這一挑戰(zhàn)。雙光子聚合用于制造微觀球形支架結(jié)構(gòu)，其直徑僅為三分之一毫米，即333微米。
然后，研究小組將分化的干細(xì)胞添加到微型足球形狀的結(jié)構(gòu)中。這些細(xì)胞不能再發(fā)育成任何類型的組織，而是被指示形成特定類型的組織，在本例中是軟骨。
一旦添加到3D打印支架中，細(xì)胞就會(huì)迅速填滿這個(gè)小體積。維也納工業(yè)大學(xué)3D打印和生物制造研究小組負(fù)責(zé)人Aleksandr Ovsianikov教授表示，這使得該團(tuán)隊(duì)能夠可靠地生產(chǎn)具有均勻分布和高密度細(xì)胞結(jié)構(gòu)的組織元件。
3D打印的細(xì)胞支撐結(jié)構(gòu)最終形成緊湊的構(gòu)建塊，然后可以組裝成任何所需的形狀或幾何形狀。
當(dāng)組織成熟時(shí)，球形支架為整體結(jié)構(gòu)提供穩(wěn)定性。該支撐結(jié)構(gòu)采用可生物降解的塑料3D打印而成，然后在幾個(gè)月的時(shí)間內(nèi)溶解，留下最終形式的完整組織。
3D打印球體的特寫
雖然分化干細(xì)胞已用于各種醫(yī)療應(yīng)用，但使用軟骨細(xì)胞構(gòu)建更大的組織提出了挑戰(zhàn)。例如，軟骨組織細(xì)胞形成明顯的細(xì)胞外基質(zhì)。這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)位于細(xì)胞之間，通常會(huì)阻止不同的細(xì)胞球體以所需的方式生長在一起。
維也納工業(yè)大學(xué)研究人員的過程成功地克服了這一障礙。據(jù)報(bào)道，該團(tuán)隊(duì)是第一個(gè)將來自不同球體的細(xì)胞組合成均勻、同質(zhì)且完全封閉的軟骨組織的團(tuán)隊(duì)。
“在顯微鏡下，您可以非常清楚地看到：相鄰的球體生長在一起，細(xì)胞從一個(gè)球體遷移到另一個(gè)球體，反之亦然，它們無縫連接并形成沒有任何空腔的封閉結(jié)構(gòu) - 與其他方法相比，到目前為止，相鄰細(xì)胞團(tuán)之間仍保留可見的界面，”Kopinski-Grünwald 指出。
活細(xì)胞生長的球體可以組裝成幾乎任何形狀
這種方法利用高分辨率SLA 3D打印，用生物相容性和可降解塑料生產(chǎn)微小的多孔球體。然后，這些3D打印的足球形狀的支架或球體被干細(xì)胞定植并排列成特定的幾何形狀。
研究小組希望其發(fā)現(xiàn)將為制造人造組織以替代醫(yī)療手術(shù)中受損的軟骨開辟新的可能性。
新方法不僅限于軟骨組織，還可以用于定制不同種類的較大組織，例如骨組織。在研究人員將3D打印方法擴(kuò)展到更復(fù)雜的醫(yī)療應(yīng)用之前，需要克服一些關(guān)鍵挑戰(zhàn)，例如將血管納入更大的3D打印組織中。
研究作者Oliver Kopinski-Grünwald表示：“最初的目標(biāo)是生產(chǎn)小塊定制的軟骨組織，可以在受傷后插入現(xiàn)有的軟骨材料中?！?/span>
“無論如何，我們現(xiàn)在已經(jīng)能夠證明，我們使用球形微支架生產(chǎn)軟骨組織的方法原則上是有效的，并且比其他技術(shù)具有決定性的優(yōu)勢。”
3D打印的球體，充滿活細(xì)胞
使用3D打印細(xì)胞支架制造軟骨組織
Kopinski-Grünwald表示，利用干細(xì)胞培養(yǎng)軟骨組織時(shí)面臨的主要挑戰(zhàn)是通常缺乏對其最終形狀的控制。 Kopinski-Grünwald 解釋說：“這也是因?yàn)檫@樣的干細(xì)胞團(tuán)塊會(huì)隨著時(shí)間的推移改變形狀并經(jīng)常收縮?！?/span>
維也納工業(yè)大學(xué)團(tuán)隊(duì)的新穎方法據(jù)說可以通過專門開發(fā)的基于激光的高分辨率樹脂3D打印機(jī)來克服這一挑戰(zhàn)。雙光子聚合用于制造微觀球形支架結(jié)構(gòu)，其直徑僅為三分之一毫米，即333微米。
然后，研究小組將分化的干細(xì)胞添加到微型足球形狀的結(jié)構(gòu)中。這些細(xì)胞不能再發(fā)育成任何類型的組織，而是被指示形成特定類型的組織，在本例中是軟骨。
一旦添加到3D打印支架中，細(xì)胞就會(huì)迅速填滿這個(gè)小體積。維也納工業(yè)大學(xué)3D打印和生物制造研究小組負(fù)責(zé)人Aleksandr Ovsianikov教授表示，這使得該團(tuán)隊(duì)能夠可靠地生產(chǎn)具有均勻分布和高密度細(xì)胞結(jié)構(gòu)的組織元件。
3D打印的細(xì)胞支撐結(jié)構(gòu)最終形成緊湊的構(gòu)建塊，然后可以組裝成任何所需的形狀或幾何形狀。
當(dāng)組織成熟時(shí)，球形支架為整體結(jié)構(gòu)提供穩(wěn)定性。該支撐結(jié)構(gòu)采用可生物降解的塑料3D打印而成，然后在幾個(gè)月的時(shí)間內(nèi)溶解，留下最終形式的完整組織。
3D打印球體的特寫
雖然分化干細(xì)胞已用于各種醫(yī)療應(yīng)用，但使用軟骨細(xì)胞構(gòu)建更大的組織提出了挑戰(zhàn)。例如，軟骨組織細(xì)胞形成明顯的細(xì)胞外基質(zhì)。這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)位于細(xì)胞之間，通常會(huì)阻止不同的細(xì)胞球體以所需的方式生長在一起。
維也納工業(yè)大學(xué)研究人員的過程成功地克服了這一障礙。據(jù)報(bào)道，該團(tuán)隊(duì)是第一個(gè)將來自不同球體的細(xì)胞組合成均勻、同質(zhì)且完全封閉的軟骨組織的團(tuán)隊(duì)。
“在顯微鏡下，您可以非常清楚地看到：相鄰的球體生長在一起，細(xì)胞從一個(gè)球體遷移到另一個(gè)球體，反之亦然，它們無縫連接并形成沒有任何空腔的封閉結(jié)構(gòu) - 與其他方法相比，到目前為止，相鄰細(xì)胞團(tuán)之間仍保留可見的界面，”Kopinski-Grünwald 指出。
活細(xì)胞生長的球體可以組裝成幾乎任何形狀