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3D打印水凝胶,实现受损细胞再生,为再生医学打开一扇门

发布时间:2021-09-23

  组织工程的最终目标是组装功能性生物结构,以恢复、维持或改善受损组织或整个器官。为此目的,生物打印已成为一种可能的制造技术。特别是,水凝胶的 3D 打印被认为是生成细胞生长支架的可行方法。

  来自新加坡的研究人员现已开发出一种针对水凝胶优化的 3D 打印新方法,该方法建立在现有的基于光的增材制造工艺之上。这种称为流体支持液体界面聚合 (FLIP) 的方法克服了传统 3D 打印机由于水凝胶机械刚度低而面临的挑战。该技术的开发人员表示,它可以为再生医学的生物相容性组织的快速打印提供一条途径。

  利用浮力

  数字光处理 (DLP) 技术最初是为投影仪和数字电影应用而创建的,近年来已扩大其使用范围,以实现快速、精确的增材制造形式。DLP 3D 打印的工作原理是使用微镜阵列重新引导来自紫外线或可见光源的光以投射所需图案的图像。将一大桶液态光聚合物暴露在这种光模式下并逐层固化,直到最终结构完成。

  Cyrus W. Beh 和他的同事采用 DLP 3D 打印来组装软水凝胶,由于支撑不足,软水凝胶在制造过程中可能会下垂或塌陷。FLIP 3D 打印机使用 405 纳米紫外线投影仪,将一层薄薄的液态水凝胶前体漂浮在密度更大、不混溶的支撑液上,以提供浮力。之后通过冲洗结构很容易去除支撑液。

  在他们的方法中,新生打印物被流体包围,流体提供浮力,允许打印悬垂或悬挂结构,而无需额外的支撑结构。它解决传统挤出式生物打印机面临的挑战的潜力,例如打印速度慢和使用软水凝胶材料打印的困难。

  迈向工程组织的一步

  由于图案直接投影到浮动液体投影屏幕上,因此 FLIP 3D 打印可防止打印结构粘附到图案窗口(典型树脂 3D 打印机中的 LCD 屏幕)。因此,该过程消除了减慢过程的层之间的额外提升步骤。因此,FLIP 3D 打印可以比传统 DLP 更快地工作,确保细胞可以更快地恢复到最佳培养条件。

  为了验证该技术,研究人员打印了一系列复杂的软结构,包括无支撑的测地圆顶、解剖结构和 3D 晶格。他们还测试了该方法的生物相容性,直接在基于明胶甲基丙烯酸酯 (GelMA) 的生物墨水中打印细胞,这表明对细胞没有不利影响。

  初步结果表明,他们的方法可以完成细胞的生物打印。他们目前正在研究生物打印细胞的长期培养和分化,以及新的微血管化策略,作为一种为再生医学目的创造可行组织的方法。

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