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体积生物打印:再生医学的新范式

通过|2019年12月2日,

“这项工作为材料科学家和生物学家在实验室中模拟活组织的结构和高档工程结构的生产开辟了新的途径。——里卡多·莱瓦托博士和克里斯·莫泽教授。

从零开始创造一个物体:不仅仅是一个幻觉,而是一个现实。现在,有一种方法可以把你的想法变成三维物体,神奇的词就是3 d打印技术

这种技术也被称为增材制造,由连续的一层一层的材料沉积组成,所有这些都形成了想要的对象。与传统技术相反,3D打印允许使用少量材料制造复杂形状,并减少了制造步骤的数量。

对于3D打印,我们通常指的是使用聚合物、树脂和熔融金属作为打印材料来生产三维物体的技术。然而,在过去的30年里,这个概念已经发展到新的领域,导致3D人造生物组织的生产,它的结构和功能与天然生物组织相似。在这种情况下,当用于储存活细胞一层一层,我们更具体地讨论3 d生物打印

如今,最常见的3D生物打印技术是基于挤压打印、立体光刻、激光方法和熔体电刻字等方法。这些技术有能力在自动模式过程中精确控制多种细胞类型和生物材料的空间编排。然而,它们也有一些缺点,例如,难以再现复杂的几何图形,这实际上是典型的天然组织。此外,当需要制造大型、生理尺寸的结构时,打印时间长是一个严重的限制。这一特性也影响了人工组织的大规模生产,从而限制了3D生物打印在工业层面的应用。

为了克服这些限制,荷兰乌得勒支大学医学中心的Riccardo Levato教授和瑞士École Polytechnique Fédéral Lausanne (EPFL)的Christophe Moser教授提出了3D生物打印的新策略。在他们最近发表的文章中他们提出了一种“体积生物打印”(VBP)方法,以前所未有的制造速度创建任何复杂的自由形状几何。

这种方法的灵感来自于计算机断层扫描-通常用于医学成像-尽管相反。在VBP中,使用细胞友好的可见激光在光敏水凝胶包埋的干细胞上投射多重断层投影。虽然整个体量都是曝光的,但这些投影的组成创造了一个3D光场,提供了足够的能量来交联水凝胶,只符合预期的设计。这就产生了一个漂浮在宿主水凝胶中的3D结构,它可以在几十秒的时间内实现。

光,在三维模式,是关键的VBP过程。在自由量的光线下打印,在打印对象的复杂性方面没有限制,因为没有硬件给出的物理约束,例如。喷嘴。

与其他生物打印技术相反,例如,立体光刻,它在小时的时间尺度上工作,产生临床相关的大小(>厘米3.)结构,VBP通过大大减少制作时间,允许制作具有类似尺寸和复杂的三维结构的活组织结构。因此,VBP不仅导致了人体组织结构的高度模仿,而且通过减少细胞脱离最佳培养环境的时间来保存细胞。

由于可以自由打印任何复杂的几何形状、解剖结构、患者特异性的移植物,具有前所未有的精度和较短的制造时间,VBP将成为再生医学的新范式,也为组织生产的规模化铺平了道路。由于这些特点,Levato教授和Moser教授预计这种方法将在组织工程之外的许多领域得到应用,甚至包括软机器人。正如他们所声称的那样,“我们希望体积生物打印技术成为生物打印工具包的一部分,有朝一日将创造出功能完整的器官。”

未来,作者希望进一步完善VBP技术,解决负重组织的结构功能,开发新材料,使其生物制造组织与自身组织的功能完全匹配。这听起来很有希望:我们期待看到新的发展!