《3D打印商情》獲悉，science近日發(fā)表了一篇題為《3D bioprinting of collagen to rebuild components of the human heart》的論文（論文鏈接：https://science.sciencemag.org/content/365/6452/482），論文顯示，由美國卡內基梅隆大學生物醫(yī)學工程師Andrew Lee博士領導的研究團隊開發(fā)了一種大規(guī)模生產(chǎn)膠原蛋白3D打印解剖結構的新技術。
膠原蛋白在我們的人體中特別有用，因為它是我們許多組織的主要組成部分。該蛋白質是各種組織中細胞外基質的關鍵組分，也廣泛用于工程研究。
但是它在生物醫(yī)學中的應用一直受到包括組織保真度差和打印分辨率低等技術限制的阻礙。由于這些限制，在該領域中打印諸如膠原蛋白或活細胞，一直是困難的事情。這也是為什么由Andrew Lee領導的這項新研究特別有趣的原因。
研究人員開發(fā)了一種名為“FRESH”的方法，來3D打印復雜的解剖結構，如心臟或心臟的一部分，它是由膠原蛋白制成的。
這是3D打印膠原蛋白復雜解剖結構的新方式，他們制造的心臟結構和組織與人類心臟的形態(tài)和功能非常相似。
它利用酸度的快速變化，使擠出的膠原蛋白固化，并進行精確控制。
FRESH 3D打印機。
什么是FRESH？
研究小組在2015年創(chuàng)建了所謂的FRESH方法。從那時起，他們就開始研究這種方法，改進和琢磨其參數(shù)。
現(xiàn)在，他們重新創(chuàng)造了FRESH的升級版本，它被稱為“自由形式可逆嵌入懸浮水凝膠”。由于這有點拗口，因此更常用的是簡單的FRESH v2.0版本。
美國卡內基梅隆大學的Lee博士說：“我們提出了一種3D生物打印膠原蛋白的方法，使用懸浮水凝膠（FRESH）的自由形式可逆嵌入來設計人體心臟的各個部位，從毛細血管到整個器官?！?/span>
“我們發(fā)現(xiàn)FRESH 3D生物打印的心臟能夠準確地再現(xiàn)患者特異性的解剖結構，這是由微型計算機斷層掃描確定的。”
Andrew Lee博士補充說：“FRESH打印的膠原蛋白是一個平臺，可以為各種器官系統(tǒng)建立先進的組織支架?！?/span>
FRESH如何運作？
它利用pH值的快速變化來制造擠出的膠原蛋白，并通過精確控制來固化它。
支撐床由熱可逆的粘性明膠漿料組成，為打印噴嘴提供柔性支撐。
噴嘴可以容易地穿透支撐床而不會遇到阻力并且將打印的水凝膠結構保持在適當?shù)奈恢枚粫蛊渌荨?/span>
打印后，僅通過加熱至37℃將水凝膠從載體上釋放，這使載體熔化。
結果是成功地從膠原水凝膠中以20mm的分辨率打印了人類心臟的部分，這超過了用其他技術實現(xiàn)的100至500mm的分辨率。
Andrew Lee介紹，該方法能夠產(chǎn)生復雜的結構和功能組織結構，其又可以嵌入活細胞或復雜的脈管系統(tǒng)，其分辨率小至10微米。
Lee和他的團隊使用這種方法通過3D打印機創(chuàng)建完全由膠原蛋白和人體細胞制成的人體心臟部分。它們甚至包括心臟組織、心室和新生兒心臟。
據(jù)作者稱，他們生物打印的心臟準確地再現(xiàn)了解剖結構，這些結構反映了患者MRI（磁共振成像）掃描中發(fā)現(xiàn)的結構。打印的人體心肌細胞的成分可以實現(xiàn)先進的收縮功能。
但是，Andrew Lee也表示：“仍有許多挑戰(zhàn)需要克服，例如生成3D生物打印大型組織所需的數(shù)十億個細胞，實現(xiàn)制造規(guī)模，以及創(chuàng)建臨床的監(jiān)管程序……”
“盡管尚未實現(xiàn)全功能器官的3D生物打印，但我們現(xiàn)在能夠構建重現(xiàn)天然組織的結構、機械和生物特性的構建體。”
美國塔夫茨大學的Queeny Dasgupta博士沒有參與這項研究，他說這對未來有“前所未有的希望”。Dasgupta博士說，盡管面臨挑戰(zhàn)，它帶來了“從計算機生成的模型創(chuàng)建功能性器官和組織的前景，從而使按需器官打印更接近現(xiàn)實。”
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