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  • 3D生物打印有望实现复杂空腔组织或器官的精准构建

    来源:www.shuoshisheng.net 发布时间:2020-03-02

    作者:袁惠云,叶枷棋,黄鑫资料来源:Science.com发布日期:2018/11/15 13:28:09

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    3D生物打印预计实现复杂腔组织或器官的精确构建

    仁济医院和哈佛医学院联合发布最新研究成果

    将各种功能细胞注入打印机以精确构建多层腔组织,这是科学创新还是现实?近日,上海交通大学医学院附属仁济医院整形外科皮孟卿博士在《先进材料(最新影响因素21.95)》中发表了题为“多层环形组织的数字可调微流控生物打印”的在线出版物。)研究论文揭示,3D生物打印已经实现了腔组织打印,并且细胞在打印后可以存活很长时间。

    本研究利用自行开发的同轴多通道生物打印系统,可调整地构建复杂腔体组织设计概念,实现了不同亚层结构同时精确打印的思想。该研究系统有望用于复杂腔组织或器官的精确构建,特别是需要腔器官或组织移植的患者,是获得供体的一种新形式。此外,该研究成果有望应用于体外血管、肠道、泌尿系统等中空器官疾病模型模拟、药物筛选、组织移植替代物等诸多领域。论文的第一作者是仁济医院整形外科的皮清孟。哈佛医学院的张宇施莱克教授和洛杉矶加利福尼亚大学的阿里哈登霍西尼教授是来文的共同作者。

    3D生物打印的困难是什么?皮孟卿说,生物印刷需要考虑很多因素,如细胞相容性、机械强度、材料毒性、印刷可塑性、孔隙率、降解率等。与普通实体组织相比,腔组织的构建更加复杂,不仅需要多细胞成分,而且需要不同细胞类型和不同子层的不同功能。这导致了许多问题,例如如何精确地排列单元以及如何在施工过程中保持空腔,使得印刷施工面临更多的挑战。研究证实,通过新的设计系统,三维生物打印可以快速、准确、独立地构建多层中空组织,包括含有不同功能细胞的血管和尿道,具有清晰的组织结构。

    皮清梦比喻,印刷固体组织相当于烘烤一个固体面包,印刷多层空腔组织,相当于烘烤一个中空的面包,这个中空也分为不同的夹层,可以是一层黄油一层蓝莓酱,也可以是一层奶酪一层草莓酱,一层又一层紧紧地连在一起,彼此分开。与一般3D打印相比,生物打印需要整个过程来控制细胞活力和保护细胞免受损伤。其次,空腔内不同的功能细胞可以在各个层次上均匀分布,更符合人体的正常结构。

    研究人员还证实,控制系统可以实现单层结构和双层结构可以在同一根管结构中重复切换的假设。将血管细胞(内皮细胞、平滑肌细胞)和尿道细胞(上皮细胞、平滑肌细胞)分别与复合水凝胶混合后,用微晶纤维素印刷多层管腔组织。体外培养表明,细胞活性在80%以上,细胞能在水凝胶支架材料上充分扩散生长,表达血管内皮细胞(CD31/VE-Cadherin)和血管平滑肌细胞(SMA)等特异性标志物。

    据悉,仁济医院皮清梦团队长期致力于组织再生研究,如3D生物打印、水凝胶、干细胞和组织工程等,并在Advacned Materials、JoVE和RCS Advantages等杂志上发表了10篇论文。《Advanced Materials》发表的研究成果填补了国内空白,表明中国3D生物打印技术正在逐步与世界接轨,并将为国内同行及相关领域带来广阔的应用空间。

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