快速的新型生物3D打印方法將是完全打印人體器官邁出的重要一步

魔猴君  行業(yè)資訊   1390天前

布法羅大學的科學家開發(fā)了一種快速的新型3D生物打印方法，這可能是朝著完全打印人體器官邁出的重要一步。使用基于VAT-SLA的新穎方法，該團隊已能夠?qū)?chuàng)建充滿細胞的水凝膠結(jié)構(gòu)所需的時間從6多個小時減少到19分鐘。加快的生物制造方法還可以實現(xiàn)嵌入式血管網(wǎng)絡(luò)的生產(chǎn)，這可能使它朝著移植候補名單上的人員需要的挽救生命的3D打印器官邁出了重要的一步。

該研究的主要合著者周智解釋說：“我們的方法可以快速打印出厘米級的水凝膠模型。它顯著減少了長時間暴露于傳統(tǒng)3D打印中常見的環(huán)境應力所導致的零件變形和細胞損傷。我們開發(fā)的技術(shù)要比行業(yè)標準快10到50倍，而且它的工作原理與以前一樣大。”

加快生物3D打印的步伐

盡管在人體組織和器官移植中，生物打印細胞結(jié)構(gòu)具有巨大的潛力，但該技術(shù)仍處于起步階段。印刷速度是目前面臨的主要障礙之一，因為到目前為止，水凝膠的沉積速率一直受到限制，以避免損壞其現(xiàn)有的細胞，因此印刷速度是最大的障礙。

基于噴嘴的技術(shù)也有其他缺點，因為它們可能導致細胞長時間暴露于剪切應力以及低氧含量和溫度，從而在加工過程中對其造成損害。而且，使用常規(guī)方法生產(chǎn)的水凝膠支架通常顯示出較低的機械強度，從而難以整合柔軟的懸垂結(jié)構(gòu)（如血管通道）。

盡管使用犧牲性支持物使科學家能夠部分克服這一缺陷，但這種方法背后的擠壓方法的簡單性繼續(xù)限制了其功能。相比之下，最近開發(fā)的連續(xù)液體界面生產(chǎn)（CLIP）技術(shù)具有極大地提高生物打印過程速度的潛力。通過在“死區(qū)”上方連續(xù)構(gòu)建層，CLIP方法可以不斷補充物料，從而提高了生產(chǎn)能力，但付出的代價是只能制造薄壁零件。在這種方法的基礎(chǔ)上，布法羅團隊現(xiàn)已開發(fā)出一種“ FLOAT”方法，該方法可使水凝膠以更高的速度沉積，從而能夠生產(chǎn)更大的血管化組織。

科學家能夠在不到20分鐘的時間內(nèi)3D打印手形結(jié)構(gòu)（如圖所示）。圖片來自《高級醫(yī)療保健材料》雜志。

“ FLOAT”生物3D打印方法

在研究人員優(yōu)化的FLOAT方法期間，物體可以通過低吸力的水凝膠桶內(nèi)的玻璃板進行固化，從而產(chǎn)生具有高彈性的厚零件。為了證明他們的方法具有生物相容性，研究小組首先從與細胞相容的PEGNB聚合物制備了一組樣品。

有趣的是，盡管測試零件表現(xiàn)出足夠的剛度，但它們也收縮了多達51％，從而使研究人員針對較大的模型轉(zhuǎn)向PEGDA材料。在更雄心勃勃的測試中，布法羅團隊隨后用3D打印了一些2.6×1.7×5.6 cm的手形水凝膠結(jié)構(gòu)，“手指”在壓縮狀態(tài)下彎曲。

使用普通的SLA 3D打印機生產(chǎn)相同的模型需要花費大約6.5個小時的時間，大大超過了基于FLOAT的19分鐘的工作時間。科學家們的基于水凝膠的手還具有血管通道，這意味著它們最終可以被植入內(nèi)皮細胞，以創(chuàng)造出可移植的功能性肢體。

最終，科學家們能夠?qū)⒓毎麎K體外接種到微通道中，但是他們還發(fā)現(xiàn)，將這些細胞塊整合到強度更高的結(jié)構(gòu)中會導致細胞活力降低。將來，該團隊認為，轉(zhuǎn)向使用納米材料摻雜的聚合物可以為平衡剛性和相容性提供答案，并可以快速生產(chǎn)基于水凝膠的血管化結(jié)構(gòu)。

使生物3D打印走向現(xiàn)實

盡管3D生物打印仍處于實驗階段，但有跡象表明該技術(shù)正在朝著更多最終用途應用的方向緩慢發(fā)展。3D打印機OEM 3D Systems于今年早些時候宣布其Print to Perfusion生物打印平臺取得了重大突破。該系統(tǒng)現(xiàn)在能夠創(chuàng)建全尺寸的血管化肺支架，該公司表示該技術(shù)將很快在其醫(yī)療保健業(yè)務(wù)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

生物技術(shù)公司United Therapeutics和以色列公司CollPlant在大規(guī)模生產(chǎn)3D打印腎臟的競標中也取得了重大進展。這些公司已經(jīng)將以前的煙草工廠變成了現(xiàn)代化的3D生物打印生產(chǎn)線，可以生產(chǎn)附加器官。

在其他地方，創(chuàng)建人體功能器官的努力僅限于小型化模型，例如德克薩斯州大學埃爾帕索分校的科學家創(chuàng)造的微型3D生物打印心臟。將血管化的結(jié)構(gòu)發(fā)送到國際空間站（ISS），以測試微重力如何影響人的心臟。

來源：https://www.3ddayin.net/xinwenpindao/shendujiedu/40087.html