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2019年09月11日 15:21:09关键词:工控机
  卡耐基梅隆大学的一组研究人员在《科学》杂志上宣布了一篇论文,具体介绍了一种新技能,任何人都能够用胶原蛋白(人体的首要结构蛋白)对安排支架进行3D生物打印。这是一种新的办法,它标志着安排工程领域向3D打印完好的成人心脏又迈进了一步。

  这项技能被称为悬浮水凝胶自在方式可逆嵌入(FRESH),它使研究人员克服了与现有3D生物打印办法相关的许多应战,并使用软质和生物资料实现了史无前例的分辨率和保真度。

  人体的每一个器官,比如心脏,都是由特殊细胞经过一种叫做细胞外基质(ECM)的生物支架衔接在一起构成的。这种ECM蛋白网络提供细胞正常功用所需的结构和生化信号。但是,到目前为止,使用传统的生物制作办法还不可能重建这个复杂的ECM架构。

  “咱们已经证明咱们能够打印心脏的细胞和胶原蛋白部分,具有真实的功用,如心脏瓣膜或一个小心室跳动。”卡内基梅隆大学资料科学生物医学工程教授(BME)亚当•范伯格说,“经过使用人类心脏的MRI数据,咱们能够准确地重现患者特定的解剖结构、3D生物胶原蛋白和人类心脏细胞。”

  美国有4000多名患者正在等候心脏移植,而世界上还有数百万人需要心脏,但却没有进入等候名单。对替代器官的需求是巨大的,需要新的办法来设计能够修正、补充或替代长时间器官功用的人造器官。范伯格是卡内基梅隆大学生物工程器官计划的成员之一,他正在努力用新一代生物工程器官来处理这些应战。

  “胶原蛋白是一种非常理想的3D打印生物资料,因为它几乎构成了你身体的每一个安排。”安德鲁·哈德森解说说,他是范伯格实验室的BME博士生,也是这篇论文的第一作者之一。“但是,3D打印之所以如此困难,是因为它一开始是液态的——所以假如你想在空中打印它,它只会在你的构建平台上构成一个水坑。所以咱们开发了一种技能来避免它变形。”

  研究人员开发了FRESH技能来避免其变形。FRESH能够让胶原蛋白在凝胶支撑槽中逐层叠加,然后经过从室温到体温的加热,把支撑槽消融,从而得到一个完好的结构。这些结构的精细度可达20微米,可嵌入活体细胞和毛细血管。凭借这一办法,可设计打印从毛细血管到整个器官的各种标准的人类心脏组件。

  不只限于胶原蛋白,纤维蛋白、藻酸盐、透明质酸等多种软性凝胶均可采用FRESH技能进行3D生物打印,为安排工程提供了一个强大、适应性强的平台。重要的是,研究人员还开发了开源设计,这样几乎任何人,从医学实验室到高中科学班,都能够构建并获得低成本、高性能的3D生物打印机。

  当然,实现这一方针还面临许多应战,包含:生成生物打印大型安排所需的数十亿个细胞;遵守监管程序,以便在动物以及最终在人身上进行实验。
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