2020年4月7日

3D打印的脚手架经过精心设计,可以生长复杂的组织

乍看上去

  • 雕刻3D打印的支架以进行组织修复的新技术将允许许多类型的细胞在单个植入物上生长。
  • 该技术可用于促进修复由不同类型的细胞组成的复杂组织,如骨骼和软骨。
在装有荧光墨水的纤维中刻槽 荧光染料揭示了刻在支架纤维弯曲弯道上的凹槽内的“墨水”。 Diaz-Gomez等人,生物印刷

3D打印技术的进步为再生医学带来了希望。该研究领域旨在利用干细胞和其他技术(例如工程生物材料)修复或替换受损的细胞,组织或器官。

再生医学的许多工作都集中在创建支架的想法上。支架是人造或天然材料的结构,可以在其上生长新的组织来替代受损的组织。可以在体外制备此类支架,例如,开始在实验室中生长一块骨头,然后可以通过外科手术植入。它们也可用于直接促进体内修复。

在这一领域的研究已经遇到了几个技术障碍。事实证明,很难在许多3D打印支架上按预期分布细胞。细胞的均匀分布和受控分布是生长复杂组织(如骨骼和软骨)所必需的,而这些组织由许多不同的细胞类型组成。

创建用于将细胞打印到支架上的“生物墨水”也被证明具有挑战性。它们已被开发成稠密的,以防止生物墨水流离支架。但是,这种粘度会在打印过程中损坏细胞。

赖斯大学的安东尼奥斯·米科斯(Antonio Mikos)博士领导的研究人员一直在测试改善3D支架和用于印刷生物材料的生物墨水的方法。在他们的新研究中,他们测试了在印刷的支架纤维上雕刻凹槽是否可以帮助将细胞保持在适当的位置,并减少使用粘性较低的生物墨水。这项工作部分由美国国立卫生研究院国家生物医学成像与生物工程研究所(NIBIB)资助。结果将发表在2020年6月的 生物印刷.

研究人员使用一个打印头创建了纤维,然后在纤维冷却后,使用了一个雕刻头,该雕刻头可以为不同目的创建不同高度的凹槽和通道。印刷纤维的整体结构不会因雕刻而受损,并且当纤维以90°角分层在一起时,所得的支架在压缩下仍保持其强度。

然后在凹槽中填充低粘度生物墨水时,它们会将它们固定在适当的位置,而不会过度填充和扩散。

接下来,研究小组测试了使用低粘度墨水将结构化细胞(称为成纤维细胞)印刷到雕刻的支架上时的存活率。打印后24小时,凹槽中仍保留有大量细胞。

Mikos说:“这项新技术使我们能够在每层中印刷接种有不同细胞类型的多层支架。” “其目的是使组织更好地模仿原始结构,从而创造出功能更强,更持久的修复物。”

该技术还可允许将诸如生长因子的易碎分子印刷到支架上。研究人员现在正在探索更好地控制不同尺寸凹槽的产生的方法,目的是在非常薄的材料制成的支架中使用该技术,或者在需要时制作更深的凹槽。

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参考文献: 在3D打印的组织工程支架中进行生物墨水生物打印的纤维雕刻。路易斯·迪亚兹·戈麦斯(Luis Diaz-Gomez),玛丽亚姆·埃利桑多(Maryam E.Elizondo),格里·L·昆斯(Gerry L. 生物印刷。第18卷,2020年6月,e00076。 //doi.org/10.1016/j.bprint.2020.e00076.

资金: 美国国立卫生研究院国家生物医学影像与生物工程研究所(NIBIB);大学文化教育学院,大学教育学院;罗伯特和珍妮丝·麦克奈尔基金会;荷兰科学研究组织。