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首页 > 资讯中心青岛3D打印人工软骨组织的新(xīn)方法
发布时间：2024-03-01
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维也纳工业大學(xué)材料科(kē)學(xué)与技术研究所的研究人员开发了一种3D打印人造生物(wù)组织的新(xīn)工艺。
这种方法利用(yòng)高分(fēn)辨率SLA 3D打印，用(yòng)生物(wù)相容性和可(kě)降解塑料生产微小(xiǎo)的多(duō)孔球體(tǐ)。然后，这些3D打印的足球形状的支架或球體(tǐ)被干细胞定植并排列成特定的几何形状。
研究小(xiǎo)组希望其发现将為(wèi)制造人造组织以替代医疗手术中受损的软骨开辟新(xīn)的可(kě)能(néng)性。
新(xīn)方法不仅限于软骨组织，还可(kě)以用(yòng)于定制不同种类的较大组织，例如骨组织。在研究人员将3D打印方法扩展到更复杂的医疗应用(yòng)之前，需要克服一些关键挑战，例如将血管纳入更大的3D打印组织中。
研究作者Oliver Kopinski-Grünwald表示：“最初的目标是生产小(xiǎo)块定制的软骨组织，可(kě)以在受伤后插入现有(yǒu)的软骨材料中。”
“无论如何，我们现在已经能(néng)够证明，我们使用(yòng)球形微支架生产软骨组织的方法原则上是有(yǒu)效的，并且比其他(tā)技术具有(yǒu)决定性的优势。”
3D打印的球體(tǐ)，充满活细胞
使用(yòng)3D打印细胞支架制造软骨组织
Kopinski-Grünwald表示，利用(yòng)干细胞培养软骨组织时面临的主要挑战是通常缺乏对其最终形状的控制。 Kopinski-Grünwald 解释说：“这也是因為(wèi)这样的干细胞团块会随着时间的推移改变形状并经常收缩。”
维也纳工业大學(xué)团队的新(xīn)颖方法据说可(kě)以通过专门开发的基于激光的高分(fēn)辨率树脂3D打印机来克服这一挑战。双光子聚合用(yòng)于制造微观球形支架结构，其直径仅為(wèi)三分(fēn)之一毫米，即333微米。
然后，研究小(xiǎo)组将分(fēn)化的干细胞添加到微型足球形状的结构中。这些细胞不能(néng)再发育成任何类型的组织，而是被指示形成特定类型的组织，在本例中是软骨。
一旦添加到3D打印支架中，细胞就会迅速填满这个小(xiǎo)體(tǐ)积。维也纳工业大學(xué)3D打印和生物(wù)制造研究小(xiǎo)组负责人Aleksandr Ovsianikov教授表示，这使得该团队能(néng)够可(kě)靠地生产具有(yǒu)均匀分(fēn)布和高密度细胞结构的组织元件。
3D打印的细胞支撑结构最终形成紧凑的构建块，然后可(kě)以组装成任何所需的形状或几何形状。
当组织成熟时，球形支架為(wèi)整體(tǐ)结构提供稳定性。该支撑结构采用(yòng)可(kě)生物(wù)降解的塑料3D打印而成，然后在几个月的时间内溶解，留下最终形式的完整组织。
3D打印球體(tǐ)的特写
虽然分(fēn)化干细胞已用(yòng)于各种医疗应用(yòng)，但使用(yòng)软骨细胞构建更大的组织提出了挑战。例如，软骨组织细胞形成明显的细胞外基质。这种网状结构位于细胞之间，通常会阻止不同的细胞球體(tǐ)以所需的方式生長(cháng)在一起。
维也纳工业大學(xué)研究人员的过程成功地克服了这一障碍。据报道，该团队是第一个将来自不同球體(tǐ)的细胞组合成均匀、同质且完全封闭的软骨组织的团队。
“在显微镜下，您可(kě)以非常清楚地看到：相邻的球體(tǐ)生長(cháng)在一起，细胞从一个球體(tǐ)迁移到另一个球體(tǐ)，反之亦然，它们无缝连接并形成没有(yǒu)任何空腔的封闭结构 - 与其他(tā)方法相比，到目前為(wèi)止，相邻细胞团之间仍保留可(kě)见的界面，”Kopinski-Grünwald 指出。
活细胞生長(cháng)的球體(tǐ)可(kě)以组装成几乎任何形状
这种方法利用(yòng)高分(fēn)辨率SLA 3D打印，用(yòng)生物(wù)相容性和可(kě)降解塑料生产微小(xiǎo)的多(duō)孔球體(tǐ)。然后，这些3D打印的足球形状的支架或球體(tǐ)被干细胞定植并排列成特定的几何形状。
研究小(xiǎo)组希望其发现将為(wèi)制造人造组织以替代医疗手术中受损的软骨开辟新(xīn)的可(kě)能(néng)性。
新(xīn)方法不仅限于软骨组织，还可(kě)以用(yòng)于定制不同种类的较大组织，例如骨组织。在研究人员将3D打印方法扩展到更复杂的医疗应用(yòng)之前，需要克服一些关键挑战，例如将血管纳入更大的3D打印组织中。
研究作者Oliver Kopinski-Grünwald表示：“最初的目标是生产小(xiǎo)块定制的软骨组织，可(kě)以在受伤后插入现有(yǒu)的软骨材料中。”
“无论如何，我们现在已经能(néng)够证明，我们使用(yòng)球形微支架生产软骨组织的方法原则上是有(yǒu)效的，并且比其他(tā)技术具有(yǒu)决定性的优势。”
3D打印的球體(tǐ)，充满活细胞
使用(yòng)3D打印细胞支架制造软骨组织
Kopinski-Grünwald表示，利用(yòng)干细胞培养软骨组织时面临的主要挑战是通常缺乏对其最终形状的控制。 Kopinski-Grünwald 解释说：“这也是因為(wèi)这样的干细胞团块会随着时间的推移改变形状并经常收缩。”
维也纳工业大學(xué)团队的新(xīn)颖方法据说可(kě)以通过专门开发的基于激光的高分(fēn)辨率树脂3D打印机来克服这一挑战。双光子聚合用(yòng)于制造微观球形支架结构，其直径仅為(wèi)三分(fēn)之一毫米，即333微米。
然后，研究小(xiǎo)组将分(fēn)化的干细胞添加到微型足球形状的结构中。这些细胞不能(néng)再发育成任何类型的组织，而是被指示形成特定类型的组织，在本例中是软骨。
一旦添加到3D打印支架中，细胞就会迅速填满这个小(xiǎo)體(tǐ)积。维也纳工业大學(xué)3D打印和生物(wù)制造研究小(xiǎo)组负责人Aleksandr Ovsianikov教授表示，这使得该团队能(néng)够可(kě)靠地生产具有(yǒu)均匀分(fēn)布和高密度细胞结构的组织元件。
3D打印的细胞支撑结构最终形成紧凑的构建块，然后可(kě)以组装成任何所需的形状或几何形状。
当组织成熟时，球形支架為(wèi)整體(tǐ)结构提供稳定性。该支撑结构采用(yòng)可(kě)生物(wù)降解的塑料3D打印而成，然后在几个月的时间内溶解，留下最终形式的完整组织。
3D打印球體(tǐ)的特写
虽然分(fēn)化干细胞已用(yòng)于各种医疗应用(yòng)，但使用(yòng)软骨细胞构建更大的组织提出了挑战。例如，软骨组织细胞形成明显的细胞外基质。这种网状结构位于细胞之间，通常会阻止不同的细胞球體(tǐ)以所需的方式生長(cháng)在一起。
维也纳工业大學(xué)研究人员的过程成功地克服了这一障碍。据报道，该团队是第一个将来自不同球體(tǐ)的细胞组合成均匀、同质且完全封闭的软骨组织的团队。
“在显微镜下，您可(kě)以非常清楚地看到：相邻的球體(tǐ)生長(cháng)在一起，细胞从一个球體(tǐ)迁移到另一个球體(tǐ)，反之亦然，它们无缝连接并形成没有(yǒu)任何空腔的封闭结构 - 与其他(tā)方法相比，到目前為(wèi)止，相邻细胞团之间仍保留可(kě)见的界面，”Kopinski-Grünwald 指出。
活细胞生長(cháng)的球體(tǐ)可(kě)以组装成几乎任何形状
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