伊诺国际科研:带你了解3D打印人类心脏组织

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今天的热点:

  • 3D打印人类心脏组织,可实现部分心脏功能

3D打印人类心脏组织可实现部分心脏功能<<<

一种新的、采用胶原蛋白进行 3D 生物

打印出人体组织结构的技术

卡内基梅隆大学(Carnegie Mellon University)的研究人员于 8 月 2 日在 Science 杂志上发表了一篇论文,介绍了一种新的、采用胶原蛋白来 3D 生物打印出人体组织结构的技术。其中所使用的打印材料胶原蛋白,正是人体的主要结构蛋白。这种首创的方法使组织工程领域更接近于能够3D打印一个全尺寸的成人心脏。

这项技术被其研究团队称为“悬浮水凝胶的自由可逆嵌入”(Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels, FRESH),该技术的发现帮助研究人员克服了现有 3D 生物打印技术涉及的诸多问题,并利用“柔软而有生命”的活体材料,让打印出的组织构达到前所未有的分辨率和保真度。

人体的每一个器官,都是由一种叫做细胞外基质(extracellular matrix,ECM)的生物支架,将各种特殊的细胞组成在一起的。这种 ECM 蛋白网络可以提供人体细胞正常功能运转所需的结构和生化信号。这个 ECM 架构如此复杂,以至到目前为止,研究人员还没有发现任何使用传统的生物制造方法来重建的可能。

卡内基梅隆大学材料科学与工程、生物医学工程教授 Adam Feinberg 说:“我们的研究团队已经证明了,我们可以采用心脏的细胞和胶原蛋白来打印出部分心脏,这是拥有真正心脏功能的部分,比如一个心脏瓣膜或者一个跳动的心室。” “通过使用人类心脏的 MRI (核磁共振成像)数据,我们能够准确地重现被检测者的特定解剖结构、 3D 生物打印的胶原蛋白和人类心脏细胞。” Adam Feinberg 如此表示。

胶原蛋白是一种非常理想的 3D 生物打印材料,因为它几乎构成了人类身体的每一个组织。但是之前 3D 生物打印所面临的重重困难,就因为胶原蛋白是液态的。“如果你想在空气中打印出来胶原蛋白,它只会在你的构建平台上留下一滩水坑。”论文的另一位第一作者 Andrew Hudson 表示。 “为避免上述情况,我们开发了一种技术来防止它变形(或者流动)。” Andrew Hudson 说。

Feinberg 实验室开发的 FRESH 3D 生物打印技术,可以让胶原蛋白在凝胶支撑液中逐层沉积,使胶原蛋白在支撑液中凝固成形。当打印完成后,把凝胶支撑液从室温加热至体温,即可将其融化。这样一来,研究人员就可以在不破坏胶原蛋白或细胞打印结构的前提下,移除支撑凝胶。

对于 FRESH 技术,其不仅限于胶原蛋白的 3D 打印,纤维蛋白、藻酸盐、透明质酸等多种软性凝胶均可采用该技术来实现 3D 打印,这就为组织工程学提供了一个强大的、适用性广泛的平台。另外很关键的一点是,研究人员同时开发了数字建模的开源设计,这样可以让任何人——不论是在医学实验室的研究人员,还是在高中大学校园里的学生——都可以用较低的成本构出自己的高性能 3D 生物打印机。

着眼于未来, FRESH 技术在再生医学领域的许多方面都能得以应用,从伤口修复到器官生物工程,横跨多个方向, 但它只是一个不断增长的生物制造领域的一部分。Adam Feinberg表示:“我们真正讨论的是技术的融合。不仅仅是我的实验室在 3D 生物打印方面所做的,还有其他实验室和一些公司在干细胞科学、机器学习、计算机模拟,以及新的 3D 生物打印技术硬件和软件方向上所做的工作。”

当然,目前 3D 生物打印技术,还处于一个初期阶段。“重要的是要明白,还有许多年的研究尚待完成。” Adam Feinberg 补充道,“但是,我们仍然应该为此(FRESH技术)感到骄傲。因为我们在设计人体功能性组织和器官方面取得了真正的进展与突破,而这篇论文就是沿着这条道路迈出的重要一步。”

伊诺国际科研在今年4月份也曾有过关于利用3D技术打印心脏的报道,当时也是引起了一时的轰动!

作为一项具备多种优势的新型制造技术,3D打印一直备受各界关注,已经成为了世界各国研究的重点对象,在建筑、生物医学、航天军工等多个领域取得突破。

3D打印技术在各国研究人员的推动下日趋成熟,不凡在众多国际期刊上有相关文章对此技术的理论研究。这其中就包含了《International Journal of Bioprinting》 (《国际生物打印》)国际期刊,该期刊中有诸多具有学术价值的文章在生物打印方面发表,已成为在3D打印方面进行国际科学交流的重要期刊。

▲《International Journal of Bioprinting》

《International Journal of Bioprinting》是新加坡萬仕出版社出版的一本学术期刊,涵盖广泛定义的生物打印领域的技术、科学和临床应用,主要关注3D打印技术及包含可行的活细胞或生物元素以为生产组织或生物技术产品的打印材料。

《国际生物打印》期刊的研究目标是从概念创造到制作生物打印过程,相关临床应用以及社会影响。

该期刊发表关于基础研究和应用研究的原创研究论文以及该研究的相关社会影响的论文。该期刊还发表简短的评论和观点。同样也有相关3D打印产品实际应用的文章。

《国际生物打印》创刊于2015年4月6日,目前己被ESCI、PubMed、Publons等数据库收录。

科学研究日益趋于全球化,发表国际期刊文章已成为进行国际科学交流的重要方式之一,是国际同行了解自己、认可自己、展现自己科研实力的主要渠道与平台。

在世界著名刊物上发表一篇重要文章,对于一学科而言,其意义不亚于在国际体育比赛中取得一块金牌。

“保持学术研究敏锐度,提高科学研究效率!

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