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首页 > 资讯中心“冷冻生物打印”青岛3D打印出活人肌腱
发布时间：2022-02-15
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佛医学院和四川大学的研究人员开发了一种新的3D生物打印活人肌肉肌腱组织的方法。
胞的正常挤压生物打印相反，该团队的“冷冻生物打印”过程将它们冷冻并垂直堆叠，从而允许创建独立的混合细胞组织。
根据科学家的说法，他们的技术还生产出比传统生物打印生产的组织更坚固、更通用的组织，特别是在涉及自然界各向异性的组织时，因此他们说它现在可以找到再生医学、药物发现或个性化治疗应用.
显示团队3D生物打印肌腱组成的图表
挤出生物打印替代品？
迄今为止，很少有3D生物打印技术进入市场，该领域在这方面仍处于相对早期的发展阶段。然而，科学家们说，在实验水平上使用的那些方法中，许多仍然依赖于基于挤压的方法，这通常是功能性的，但当涉及到打印严重依赖对齐的组织，如肌肉和神经纤维时，它们往往不够。
为了克服这些组织堆积问题，研究人员因此转向“冰模板”，这是一种冷冻过程，一旦它们解冻，就会在充满细胞的水凝胶结构内形成微通道。自然地，这样做通常会损害这些细胞的活力，因此为了防止这种情况，研究小组在他们的细胞中加入了冷冻保护剂 (CPA) 松三糖和二甲基亚砜。
冷冻后，研究人员随后使用紫外线 (UV) 光垂直交联这种新型生物墨水，并将其挤出到由高分辨率蜂窝状微通道网络组成的组织中，能够支持各种不同类型的细胞，无论是它们是骨骼肌成肌细胞或人脐静脉内皮细胞。
“我们的结果表明，由明胶甲基丙烯酰和 CPA 组成的 [我们的] 生物墨水可以有效地用于垂直3D低温生物打印，以实现高活力的细胞封装，”该团队在他们的论文中解释道。 “在过程中通过定向冷冻形成的互连、各向异性、梯度微通道的帮助下，还实现了所需的细胞排列。”
研究人员的“冷冻生物打印”技术
“冷冻生物打印”人类肌腱
在证明了他们的方法的可行性后，科学家们继续评估其在创建更复杂的多细胞类型组织结构方面的功效。为了实现这一目标，该团队最初使用配备同轴喷嘴的3D生物打印机将细胞沉积到垂直的核壳结构中，在这个过程中，他们可以精确控制材料沉积，同时使用多达八种不同的墨水。
至关重要的是，在这些组织中，研究人员还发现，他们的方法使他们能够创建可定制的各向异性微通道，促进细胞生长，尽管成功程度不同。经过多次试验打印，证明分别结合了 8% 和 10% 的松三糖和 DMSO 的生物墨水是最有效的，产生的组织的细胞活力在 60-80% 之间波动。
然而，尽管这些混合的结果，科学家们将其归因于他们的实验过程中的潜在变化，他们继续采取他们的方法更进一步，通过将其应用于肌腱“连接点”的创建，这是一种组织块，其有机形式，通过肌腱将肌肉收缩的力量传递到人体骨骼系统。
在这个过程中，据说冷冻生物打印被证明是理想的，因为它能够创建一个连接处，在该连接处，其下部细胞高度对齐，其成纤维细胞较少，模仿其天然对应物的结构。打印完成后，将生成的肌腱培养 7 天，其中肌肉和血管生物墨水明显相互连接，长成致密的微血管网络。
因此，尽管该团队承认他们的方法目前存在打印高度限制，无法在某些体内应用中使用，但他们坚持认为，它还可以用于创建肌肉骨骼模型，并有可能帮助开发患者-特定的治疗方法，并增进我们对人体的了解。
“可以合理地预期，我们的垂直 3D 冷冻生物打印策略可能会在工程设计各种以内部细胞和细胞外基质排列为特征的组织中广泛使用，”该团队在他们的论文中总结道。 “该方法的另一个可能用途在于创建用于生物学研究、药物发现和个性化医疗的体外肌肉骨骼模型。”
胞的正常挤压生物打印相反，该团队的“冷冻生物打印”过程将它们冷冻并垂直堆叠，从而允许创建独立的混合细胞组织。
根据科学家的说法，他们的技术还生产出比传统生物打印生产的组织更坚固、更通用的组织，特别是在涉及自然界各向异性的组织时，因此他们说它现在可以找到再生医学、药物发现或个性化治疗应用.
显示团队3D生物打印肌腱组成的图表
挤出生物打印替代品？
迄今为止，很少有3D生物打印技术进入市场，该领域在这方面仍处于相对早期的发展阶段。然而，科学家们说，在实验水平上使用的那些方法中，许多仍然依赖于基于挤压的方法，这通常是功能性的，但当涉及到打印严重依赖对齐的组织，如肌肉和神经纤维时，它们往往不够。
为了克服这些组织堆积问题，研究人员因此转向“冰模板”，这是一种冷冻过程，一旦它们解冻，就会在充满细胞的水凝胶结构内形成微通道。自然地，这样做通常会损害这些细胞的活力，因此为了防止这种情况，研究小组在他们的细胞中加入了冷冻保护剂 (CPA) 松三糖和二甲基亚砜。
冷冻后，研究人员随后使用紫外线 (UV) 光垂直交联这种新型生物墨水，并将其挤出到由高分辨率蜂窝状微通道网络组成的组织中，能够支持各种不同类型的细胞，无论是它们是骨骼肌成肌细胞或人脐静脉内皮细胞。
“我们的结果表明，由明胶甲基丙烯酰和 CPA 组成的 [我们的] 生物墨水可以有效地用于垂直3D低温生物打印，以实现高活力的细胞封装，”该团队在他们的论文中解释道。 “在过程中通过定向冷冻形成的互连、各向异性、梯度微通道的帮助下，还实现了所需的细胞排列。”
研究人员的“冷冻生物打印”技术
“冷冻生物打印”人类肌腱
在证明了他们的方法的可行性后，科学家们继续评估其在创建更复杂的多细胞类型组织结构方面的功效。为了实现这一目标，该团队最初使用配备同轴喷嘴的3D生物打印机将细胞沉积到垂直的核壳结构中，在这个过程中，他们可以精确控制材料沉积，同时使用多达八种不同的墨水。
至关重要的是，在这些组织中，研究人员还发现，他们的方法使他们能够创建可定制的各向异性微通道，促进细胞生长，尽管成功程度不同。经过多次试验打印，证明分别结合了 8% 和 10% 的松三糖和 DMSO 的生物墨水是最有效的，产生的组织的细胞活力在 60-80% 之间波动。
然而，尽管这些混合的结果，科学家们将其归因于他们的实验过程中的潜在变化，他们继续采取他们的方法更进一步，通过将其应用于肌腱“连接点”的创建，这是一种组织块，其有机形式，通过肌腱将肌肉收缩的力量传递到人体骨骼系统。
在这个过程中，据说冷冻生物打印被证明是理想的，因为它能够创建一个连接处，在该连接处，其下部细胞高度对齐，其成纤维细胞较少，模仿其天然对应物的结构。打印完成后，将生成的肌腱培养 7 天，其中肌肉和血管生物墨水明显相互连接，长成致密的微血管网络。
因此，尽管该团队承认他们的方法目前存在打印高度限制，无法在某些体内应用中使用，但他们坚持认为，它还可以用于创建肌肉骨骼模型，并有可能帮助开发患者-特定的治疗方法，并增进我们对人体的了解。
“可以合理地预期，我们的垂直 3D 冷冻生物打印策略可能会在工程设计各种以内部细胞和细胞外基质排列为特征的组织中广泛使用，”该团队在他们的论文中总结道。 “该方法的另一个可能用途在于创建用于生物学研究、药物发现和个性化医疗的体外肌肉骨骼模型。”