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    一种无需组织工程支架实现软骨再生的3D打印技术

    2019-07-08来源:3D科学谷

      关于人造组织与器官的3D打印,科学家们在实验室中取得了不同程度的进展,例如完成软骨组织的再生以等等。但在这些组织制造中是离不开支架的,支架为人工器官或组织提供基础结构,支架最终将降解并消失。

      但支架的降解中仍存在着一些难题,比如说如何使支架降解与器官的成熟时间相匹配,有时降解所产生的副产物是具有毒性的,支架可能会干扰到细胞与细胞之间的连接,从而影响到组织的形成。

      在水凝胶支撑介质中进行细胞3D打印

      或将打开复杂器官制造的大门

      伊利诺伊大学芝加哥分校一个有生物工程学研究人员和骨科教授组成的研究小组,开发了一种新的组织、器官3D打印方法,这一方法中无需用到支架。他们的研究论文发表在Materials Horizons期刊中。

      据了解,研究团队以一种微米级的藻酸盐水凝胶材料为细胞的支撑介质,通过3D打印机将细胞沉积到水凝胶材料中。这种水凝胶材料对喷嘴移动或细胞喷射所产生的阻力很小,但能够在打印过程中支撑细胞,将它们保持在适当的位置,并使用保持原有的形状。

      当完成细胞的沉积之后,打印对象将被进行UV曝光,这一过程将使打印的细胞彼此连接,随后在稳定的结构内进行生长。细胞生长中所需的培养基可以根据需要进行更换,使细胞获得新营养并处理掉废物。水凝胶材料最后可以通过搅拌方式或控制降解的方式去除,留下完整的3D打印组织。

      在实验中,研究团队通过这一3D打印技术和干细胞制造除了软骨和股骨组织。研究团队表示,这是第一次在没有任何组织工程支架的情况下完成这些3D打印组织的制造,这些组织可以稳定一天至数周时间。

      这一技术在制造更大的功能组织、药物筛选模型等领域具有应用潜力。

      Review

      在组织、器官再生领域用到的3D打印技术中,打印材料是含有细胞的生物墨水,这种柔软的材料很难在打印过程中保持其形状,因此建造空间结构复杂的器官将会面临很大困难。伊利诺伊大学芝加哥分校研究团队所使用的将细胞沉积至固体水凝胶材料中的方法或将打开人工制造复杂组织、器官的大门。

      佛罗里达大学研究团队所使用的3D打印技术

      根据市场研究,在此之前还有一个来自佛罗里达大学的研究团队也进行了类似的研究。他们使用的具体方法是将打印材料直接沉积到由微型有机凝胶制成的软固体结构中,使印刷中的软结构保持在适当位置。

      当时,研究团队只是使用这一技术3D打印了硅胶结构,并没有确定该技术是否可以打印软骨、气管等生物体组织。近期,伊利诺伊大学芝加哥分校在3D打印软骨组织方面取得了进展,也进一步明确了这种3D打印方法在生物医学领域的应用潜力。

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