此举可能有一天会导致人工移植器官和复杂的再生疗法,由生物工程师AliKhademhosseini领导的加州大学洛杉矶分校团队开发了一种使用多种材料打印复杂生物组织的新技术。使用经过特殊改造的3D打印机,它有望在一天内按需制作治疗性生物材料。

器官移植和其他先进的组织治疗面临着一个看似无法逾越的瓶颈。只有有限数量的器官捐献者或其他生物材料来源,即使在最好的情况下,器官和组织也永远不会与接受者完全相容,可能不适合用途。

理想情况下,生物工程师希望完全绕过传统来源,并在实验室中培养器官和组织。这不仅可以为医学界提供无限量的健康无菌材料,而且还可以让医生和外科医生按照他们的规格制作生物材料。

问题是,活组织是与许多不同种类的细胞,血管,神经和机械结构非常复杂。尝试通过将一些心肌细胞与营养素混合在培养皿中培养心脏,所有你将得到的是一块很快就会停止分裂的细胞。

另一种方法是建立用生物相容性材料制成的支架,如水凝胶聚(乙二醇)二丙烯酸酯(PEGDA)和明胶甲基丙烯酰(GelMA)。这种模仿活组织结构的支架,就像婴儿体内的软骨一样。刚出生时,人类婴儿的大部分骨骼都是软骨,但随着它的生长和成熟,它会被骨组织所取代。在人造组织中,干细胞会被引入脚手架并取而代之。

创建这些支架的一种技术称为立体光刻技术。这是一种基于光的工艺,其中与干细胞混合的水凝胶由3D打印机铺设,因为光束会形成分子键,从而硬化由Khademhosseini设计的UCLA生物打印机是基于这种技术,但它还包含一个关于微芯片尺寸和形状的定制微流体芯片。它有多个入口,因此它可以打印一次使用多个细胞注入的材料。这是由一个由一百万个镜子组成的数字微镜连接在一起的,这些镜子彼此独立地移动。

根据加州大学洛杉矶分校的说法,在操作中自动镜子为光线打印的物体的每一层创建一个图案固化凝胶。目前,打印机使用四种“生物墨水”,但这个数字可以扩展。

到目前为止,该打印机已被用于创建简单的形状,肌肉组织和肌肉骨骼结缔组织的3D模拟,以及带有血管的假肿瘤。此外,这些结构已被植入大鼠体内而不被拒绝。

“组织是非常复杂的结构,所以要设计出能够正常运作的人工版本,我们必须重新创造它们的复杂性,”Khademhosseini说。“我们的新方法提供了一种构建由不同材料制成的复杂生物相容性结构的方法。”

该研究由海军研究办公室和国立卫生研究院资助,发表在高级材料。

资料来源:加州大学洛杉矶分校

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