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只需几秒钟即可对复杂的活体组织进行生物打印[视频]

时间：2021-08-13 18:52:09 来源：

这是空心小鼠肺动脉模型。

来自EPFL和荷兰乌得勒支大学医学中心的研究人员已经开发出一种极快的光学方法，可以在载有干细胞的水凝胶中雕刻出复杂的形状，然后将所得组织血管化。他们开创性的技术有望改变组织工程领域。

组织工程师创建人造器官和组织，这些器官和组织可用于开发和测试新药，修复受损的组织，甚至替换人体中的整个器官。然而，当前的制造方法限制了它们产生自由形状和实现高细胞生存能力的能力。

EPFL工程学院的应用光子学设备实验室（LAPD）的研究人员与乌得勒支大学的同事一起研究出了一种光学技术，该技术只需几秒钟即可在包含干细胞的生物相容性水凝胶中雕刻出复杂的组织形状。。然后可以通过添加内皮细胞使所得组织血管化。

该团队在“高级材料”上的一篇文章中介绍了这种高分辨率打印方法。该技术将改变细胞工程专家的工作方式，使他们能够创造出新型的个性化，功能性生物打印器官。

来自EPFL和荷兰乌得勒支大学医学中心的研究人员已经开发出一种极快的光学方法，可以在载有干细胞的水凝胶中雕刻出复杂的形状，然后将所得组织血管化。他们开创性的技术有望改变组织工程领域。

打印股骨或半月板

该技术称为体积生物打印。为了制造组织，研究人员将激光投射到装有干细胞的水凝胶的旋转管上。它们通过将来自光的能量聚焦在特定位置上来对组织进行塑形，然后固化。几秒钟后，出现了复杂的3D形状，悬浮在凝胶中。水凝胶中的干细胞在很大程度上不受此过程的影响。然后，研究人员引入内皮细胞使组织血管化。

研究人员表明，有可能制造出几厘米长的组织构造，这是临床上有用的尺寸。其工作实例包括类似于心脏瓣膜的瓣膜，弯月面和股骨的复杂形状部分。他们还能够建立联锁结构。

LAPD研究人员，该研究的合著者之一达米安·洛特里（Damien Loterie）说：“与传统的生物打印不同，它是一种缓慢的，逐层的过程，我们的技术速度快且提供了更大的设计自由度，而不会损害细胞的生存能力。”

复制人体

研究人员的工作是真正的游戏规则改变者。另一作者之一保罗·德尔罗特（Paul Delrot）说：“人体组织的特征在很大程度上取决于高度复杂的细胞外结构，复制这种复杂性的能力可能会导致许多实际的临床应用。”使用这种技术，实验室可以以前所未有的速度大量生产人造组织或器官。在体外测试新药时，这种可复制性至关重要，它可以帮助消除对动物测试的需求-明显的道德优势以及降低成本的方式。

“这仅仅是开始。我们相信，我们的方法在本质上可扩展至大规模制造，可用于产生广泛的细胞组织模型，更不用说医疗设备和个性化植入物了。” LAPD负责人Christophe Moser说道。

研究人员计划通过分拆来推销其突破性技术。

参考

P.N. Bernal，P.Delrot，D.Loterie，Y.Li，J.Malda，C.Moser，R.Levato

抽象的

生物制造技术，包括立体光刻和基于挤压的印刷，正在彻底改变复杂工程纸的创建。生物打印的当前范例依赖于重复构建块（通常是充满细胞的水凝胶纤维或体素，单细胞或细胞聚集体）的累加逐层沉积和组装。这些增材制造技术的可扩展性受到其印刷速度的限制，因为冗长的生物制造过程会损害电池功能。克服了这些限制，描述了在几秒到几十秒的时间范围内的临床相关尺寸，解剖学形状的构建体的体积生物打印。开发了一种基于可见光投影的光学层析成像印刷方法，可从基于明胶的光敏水凝胶中生成具有高生存力（> 85％）的充满细胞的组织构造。获得了使用传统印刷难以复制的自由形式架构，包括解剖学上正确的小梁骨模型以及嵌入的血管生成芽和半月板移植物。当生物打印的软骨生成细胞合成新纤维软骨基质时，后者在体外进行成熟。此外，通过打印功能性的基于水凝胶的球笼式流体阀，可以生成自由浮动的结构。体积生物打印允许以前所未有的打印速度创建几何复杂，厘米级的构建体，为扩大基于水凝胶的构建体的生产及其在组织工程，再生医学和软机器人中的应用开辟了新途径。

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