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快速的新型生物3D打印方法将是完全打印人体器官迈出的重要一步

时间:2021-03-09 08:50 来源:中国3D打印网 作者:中国3D打印网 阅读:
极光尔沃
      中国3D打印网3月9日讯,布法罗大学的科学家开发了一种快速的新型3D生物打印方法,这可能是朝着完全打印人体器官迈出的重要一步。使用基于VAT-SLA的新颖方法,该团队已能够将创建充满细胞的水凝胶结构所需的时间从6多个小时减少到19分钟。加快的生物制造方法还可以实现嵌入式血管网络的生产,这可能使它朝着移植候补名单上的人员需要的挽救生命的3D打印器官迈出了重要的一步。
         该研究的主要合著者周智解释说:“我们的方法可以快速打印出厘米级的水凝胶模型。它显着减少了长时间暴露于传统3D打印中常见的环境应力所导致的零件变形和细胞损伤。我们开发的技术要比行业标准快10到50倍,而且它的工作原理与以前一样大。”
  加快生物3D打印的步伐
        尽管在人体组织和器官移植中,生物打印细胞结构具有巨大的潜力,但该技术仍处于起步阶段。印刷速度是目前面临的主要障碍之一,因为到目前为止,水凝胶的沉积速率一直受到限制,以避免损坏其现有的细胞,因此印刷速度是最大的障碍。
       基于喷嘴的技术也有其他缺点,因为它们可能导致细胞长时间暴露于剪切应力以及低氧含量和温度,从而在加工过程中对其造成损害。而且,使用常规方法生产的水凝胶支架通常显示出较低的机械强度,从而难以整合柔软的悬垂结构(如血管通道)。
        尽管使用牺牲性支持物使科学家能够部分克服这一缺陷,但这种方法背后的挤压方法的简单性继续限制了其功能。相比之下,最近开发的连续液体界面生产(CLIP)技术具有极大地提高生物打印过程速度的潜力。通过在“死区”上方连续构建层,CLIP方法可以不断补充物料,从而提高了生产能力,但付出的代价是只能制造薄壁零件。在这种方法的基础上,布法罗团队现已开发出一种“ FLOAT”方法,该方法可使水凝胶以更高的速度沉积,从而能够生产更大的血管化组织。

科学家能够在不到20分钟的时间内3D打印手形结构(如图所示)。图片来自《高级医疗保健材料》杂志。
  “ FLOAT”生物3D打印方法
      在研究人员优化的FLOAT方法期间,物体可以通过低吸力的水凝胶桶内的玻璃板进行固化,从而产生具有高弹性的厚零件。为了证明他们的方法具有生物相容性,研究小组首先从与细胞相容的PEGNB聚合物制备了一组样品。
        有趣的是,尽管测试零件表现出足够的刚度,但它们也收缩了多达51%,从而使研究人员针对较大的模型转向PEGDA材料。在更雄心勃勃的测试中,布法罗团队随后用3D打印了一些2.6×1.7×5.6 cm的手形水凝胶结构,“手指”在压缩状态下弯曲。
          使用普通的SLA 3D打印机生产相同的模型需要花费大约6.5个小时的时间,大大超过了基于FLOAT的19分钟的工作时间。科学家们的基于水凝胶的手还具有血管通道,这意味着它们最终可以被植入内皮细胞,以创造出可移植的功能性肢体。
         最终,科学家们能够将细胞块体外接种到微通道中,但是他们还发现,将这些细胞块整合到强度更高的结构中会导致细胞活力降低。将来,该团队认为,转向使用纳米材料掺杂的聚合物可以为平衡刚性和相容性提供答案,并可以快速生产基于水凝胶的血管化结构。
  使生物3D打印走向现实
      尽管3D生物打印仍处于实验阶段,但有迹象表明该技术正在朝着更多最终用途应用的方向缓慢发展。3D打印机OEM 3D Systems于今年早些时候宣布其Print to Perfusion生物打印平台取得了重大突破。该系统现在能够创建全尺寸的血管化肺支架,该公司表示该技术将很快在其医疗保健业务中发挥关键作用。

        生物技术公司United Therapeutics和以色列公司CollPlant在大规模生产3D打印肾脏的竞标中也取得了重大进展。这些公司已经将以前的烟草工厂变成了现代化的3D生物打印生产线,可以生产附加器官。
        在其他地方,创建人体功能器官的努力仅限于小型化模型,例如德克萨斯州大学埃尔帕索分校的科学家创造的微型3D生物打印心脏。将血管化的结构发送到国际空间站(ISS),以测试微重力如何影响人的心脏。

     中国3D打印网编译文章!

(责任编辑:中国3D打印网)

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