科學(xué)家開發(fā)出未來或可實現(xiàn)器官移植的新型生物3D打印技術(shù) 
 據(jù)外媒報道，布法羅大學(xué)的科學(xué)家于近日對外宣稱其開發(fā)了一種快速的新型生物3D打印方法，這意味著人類朝著完全打印人體器官方向邁出了重要一步。

　　

　　使用基于VAT-SLA的新穎方法，該團(tuán)隊已能夠?qū)?chuàng)建充滿細(xì)胞的水凝膠結(jié)構(gòu)從所需的6多個小時減少到19分鐘。加快的生物制造方法還可以實現(xiàn)嵌入式血管網(wǎng)絡(luò)的制造，這可能使其朝著3D打印移植器官方向邁出重要的一步。

　　

　　該研究的主要合著者Chi Zhou解釋說：“我們的方法可以快速打印出厘米級的水凝膠模型。它顯著減少了長時間暴露于傳統(tǒng)3D打印中常見的環(huán)境應(yīng)力所導(dǎo)致的零件變形和細(xì)胞損傷。我們開發(fā)的技術(shù)要比行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)快10到50倍，而且它的工作原理與以前一樣。”

　　

　　加快生物打印的步伐

　　

　　盡管在人體組織和器官移植中，生物打印充滿細(xì)胞的結(jié)構(gòu)具有巨大的潛力，但該技術(shù)仍處于起步階段。迄今為止，由于水凝膠的沉積速率一直受到限制，而為了避免損壞其現(xiàn)有細(xì)胞，因此打印速度是阻礙更廣泛采用這些方法所面臨的問題之一。

　　

　　基于噴嘴的技術(shù)也有其他缺點，因為它們可能導(dǎo)致細(xì)胞長時間暴露于剪切應(yīng)力以及低氧含量和溫度中，從而在加工過程中對其造成損害。而且，使用常規(guī)方法生產(chǎn)的水凝膠支架通常顯示出較低的機(jī)械強(qiáng)度，從而難以整合柔軟的懸垂結(jié)構(gòu)（如血管通道）。

　　

　　盡管使用較薄的支持物可以使科學(xué)家能夠部分克服這一缺陷，但這種方法背后的擠壓方法的簡單性繼續(xù)限制了其功能。相比之下，最近開發(fā)的連續(xù)液體界面生產(chǎn)（CLIP）技術(shù)具有極大地提高生物打印過程速度的潛力。

　　

　　通過在“盲區(qū)”上方連續(xù)構(gòu)建層，CLIP方法可以不斷補充材料，提高生產(chǎn)能力，但代價是僅能制造薄壁零件。在這種方法的基礎(chǔ)上，布法羅團(tuán)隊現(xiàn)已開發(fā)出一種名為“ FLOAT”的方法，該方法可使水凝膠以更高的速度沉積，從而能夠生產(chǎn)更大的血管化組織。

　　

　　科學(xué)家能夠在不到20分鐘的時間內(nèi)3D打印手形結(jié)構(gòu)（如圖所示）。圖片來自《高級醫(yī)療保健材料》雜志。

　　

　　“ FLOAT”生物打印方法

　　

　　在研究人員優(yōu)化FLOAT方法期間，物體可以通過低吸力的水凝膠桶內(nèi)的玻璃板進(jìn)行固化，從而產(chǎn)生具有高彈性的厚零件。為了證明他們的方法具有生物相容性，研究小組首先用與細(xì)胞相容的PEGNB聚合物制備了一組樣品。

　　

　　有趣的是，盡管測試零件表現(xiàn)出足夠的剛度，但它們也收縮了多達(dá)51％，從而導(dǎo)致研究人員將較大的模型制作轉(zhuǎn)向使用PEGDA材料。在其他測試中，布法羅團(tuán)隊3D打印了一些2.6×1.7×5.6 cm規(guī)格的手形水凝膠結(jié)構(gòu)，“手指”在壓縮狀態(tài)下呈現(xiàn)彎曲狀態(tài)。

　　

　　使用普通的SLA 3D打印機(jī)生產(chǎn)相同的模型需要花費大約6.5個小時的時間，大大超過了基于FLOAT的19分鐘的工作時間?？茖W(xué)家們使用新方法制造的基于水凝膠的手還具有血管通道，這意味著它們最終可以被植入內(nèi)皮細(xì)胞，以創(chuàng)造出可移植的功能性肢體。

　　

　　最終，科學(xué)家們能夠?qū)⒓?xì)胞補丁植入離體微通道，但他們還發(fā)現(xiàn)，將這些整合到強(qiáng)度更高的結(jié)構(gòu)中會導(dǎo)致細(xì)胞活力降低。將來，該團(tuán)隊認(rèn)為，轉(zhuǎn)向使用摻雜納米材料的聚合物可以為剛性平衡和相容性提供答案，并可以快速生產(chǎn)基于水凝膠的血管化結(jié)構(gòu)。

　　

　　使生物打印走向現(xiàn)實

　　

　　盡管生物3D打印仍處于實驗階段，但有跡象表明該技術(shù)正在朝著更多最終用途應(yīng)用的方向緩慢發(fā)展。

　　

　　3D打印機(jī)制造商3D Systems于今年早些時候宣布其Print to Perfusion生物打印平臺取得了重大突破。該系統(tǒng)現(xiàn)在能夠創(chuàng)建全尺寸的血管化肺支架，該公司表示該技術(shù)很快將在其醫(yī)療保健業(yè)務(wù)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

　　

　　生物技術(shù)公司United Therapeutics和以色列公司CollPlant在大規(guī)模生產(chǎn)3D打印腎臟模型的競標(biāo)中也取得了重大進(jìn)展。這些公司已經(jīng)將以前的工廠變成了現(xiàn)代化的生物3D打印生產(chǎn)線，以生產(chǎn)附加器官。

　　

　　在其他地方，創(chuàng)建人體功能器官的工作僅限于微型模型，例如德克薩斯州大學(xué)埃爾帕索分校的科學(xué)家創(chuàng)造的微型生物3D打印心臟。將血管化的結(jié)構(gòu)發(fā)送到國際空間站（ISS），以測試微重力如何影響人的心臟。

　　

　　據(jù)悉，該項研究結(jié)果已經(jīng)在題為“大規(guī)模生物相容性水凝膠模型的快速立體光刻打印”的論文中進(jìn)行了詳細(xì)介紹。”這項研究由Nanditha Anandakrishnan、Hang Ye、Zipeng Guo、Zhaowei Chen、Kyle I. Mentkowski、Jennifer K. Lang、Nika Rajabian、Stelios T. Andreadis、Zhen Ma、Joseph A. Spernyak、 Jonathan F. Lovell、Depeng Wang、Jun Xia、Chi Zhou和Ruogang Zhao合著。