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让3D生物打印更简单,大阪大学找到了这种方法!

2017/12/31 来源:生物探索
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导读
虽然看起来像是科幻小说,但3D生物打印可替代人体器官,并正迅速成为现实,有可能为再生医学做出巨大贡献。然而,在真正应用之前,“生物打印”仍面临许多技术挑战。如何让操作更简单?大阪大学的研究人员发现了一种方法,那就是利用特殊的酶让生物墨滴粘在一起。


相对于非生物材料类的打印技术,3D生物打印因其原材料的复杂性(活的生物细胞)和预设的在人体内的应用(替代或补足病人体内缺陷组织或器官),实现难度目前仍相对较大。这其中包括打印辅助材料、所要打印的细胞、细胞生长分化因子的合理配置、细胞养分的补充等等因素都要合理的考虑进去,才能保证打印出的生物组织或器官在体内或体外维持较长时间的生物活性和功能。

迄今为止已经证明最有希望的生物打印方法是使用特殊的“生物墨水”,其被挤出以形成用于有机组织生长的支架。墨水中充满干细胞,其可被诱导以特定方式分化,形成特定类型的组织。然而,平衡墨水的自粘附性与其流速以及与特定细胞类型的兼容性仍然是一个挑战。

大阪大学的研究人员基于以前的工作,开发了一种以酶为驱动的方法,将生物墨滴粘在一起,从而可以打印出复杂的生物结构。研究结果发表在《Macromolecular Rapid Communications》杂志上。

这种酶叫做辣根过氧化物酶(horseradish peroxidase),可以在氧化剂过氧化氢的存在下,使添加的聚合物的苯基之间建立交联。目前,海藻酸钠是喷墨打印的主要胶凝剂,但与某些细胞类型存在一定的相容性问题。虽然过氧化氢本身也会损伤细胞,研究人员仔细地调整了细胞和过氧化氢之间的输送,以限制它们的接触,从而保持细胞存活。

第一作者Shinji Sakai表示:“打印任何一种组织结构都是一个复杂的过程,生物墨水必须具有足够低的粘度,才能流经喷墨打印机,而且印刷时还需要迅速形成高粘胶状的结构。我们的新方法在避免海藻酸钠的同时,还满足了这些要求。

90%以上的细胞在这种方式制备的测试凝胶中是可行的。许多复杂的测试结构也可以从不同类型的细胞中生长出来。

共同作者Makoto Nakamura说:“诱导多能干细胞技术的进步使我们有可能诱导干细胞以多种不同的方式分化。现在我们需要新的支架,这样我们就可以打印和支持这些细胞,从而实现全功能器官的3D打印。我们的新方法是非常灵活的,应该帮助所有致力于这个目标的团队。

参考资料

Growing organs a few ink drops at a time

大阪研究员开创了生物3D打印技术中生物墨水附着的新方法

3D生物打印的主要难点是什么?

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