3D打印出可工作心脏组织 结构精细度高达20微米可嵌入活体细胞

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卡内基梅隆大学的一组研究人员在期刊《科学》上发表了一篇论文,详细介绍了一项新技术,该技术允许任何人使用胶原蛋白(人体的主要结构蛋白)进行组织支架的3D生物打印。这是一种前所未有的方法,标志着组织工程领域向3D打印的完整成人核心迈进了一步。

这项技术被称为浮动水凝胶自由形式可逆嵌入(FRESH),使研究人员能够克服与现有3D生物打印方法相关的许多挑战,并通过软质和生物材料实现前所未有的分辨率。富达。

身体中的每个器官,例如心脏,都是由称为细胞外基质(ECM)的生物支架连接在一起的特殊细胞组成。该ECM蛋白质网络提供正常细胞功能所需的结构和生化信号。然而,到目前为止,还不可能使用传统的生物制造方法重建这种复杂的ECM架构。

“我们已经证明,我们可以通过心脏瓣膜或仔细的室内搏动等真实特征打印心脏的细胞和胶原蛋白部分。” Adam Feinberg,卡内基梅隆大学材料科学生物医学工程(BME)教授。 “通过使用来自人类心脏的MRI数据,我们能够准确地再现患者特异性解剖结构,3D生物胶原蛋白和人类心脏细胞。”

美国有超过4,000名患者正在等待心脏移植手术,世界上数百万人需要一颗心脏病,但他们并不在等待名单上。对替代器官的需求是巨大的,并且需要新的方法来设计可修复,补充或替代长期器官功能的人造器官。 Feinberg是卡内基梅隆大学生物工程组织计划的成员,正在努力用新一代生物工程器官解决这些挑战。

“胶原蛋白是一种非常理想的3D打印生物材料,因为它几乎构成了身体的每一个组织。”Andrew Hudson解释说,他是Feinberg实验室的BME博士生。该论文的第一作者之一。 “然而,3D打印是如此困难,因为它最初是液体 - 所以如果你想在空中打印它,它只会在你的构建平台上形成一个水坑。所以我们开发了一种技术来防止它变形。“

研究人员开发了FRESH技术以防止其变形。 FRESH允许胶原蛋白在凝胶支持罐中逐层堆叠,然后通过从室温加热到体温来熔化支撑槽以获得完美的结构。这些结构精细达20微米,可插入活细胞和毛细血管。通过这种方法,可以设计各种尺度的人体心脏成分以从毛细血管到整个器官进行印刷。

不仅胶原蛋白,纤维蛋白,藻酸盐,透明质酸和其他软凝胶可用于FRESH技术的3D生物印刷,为组织工程提供强大且适应性强的平台。重要的是,研究人员还开发了开源设计,几乎任何人,从医学实验室到高中科学课程,都可以构建和获得低成本,高性能的3D生物打印机。

当然,实现这一目标还有很多挑战,包括:生成大型组织生物打印所需的数十亿个细胞;并遵守监管程序,以测试动物和最终的人类。

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卡内基梅隆大学的一组研究人员在期刊《科学》上发表了一篇论文,详细介绍了一项新技术,该技术允许任何人使用胶原蛋白(人体的主要结构蛋白)进行组织支架的3D生物打印。这是一种前所未有的方法,标志着组织工程领域向3D打印的完整成人核心迈进了一步。

这项技术被称为浮动水凝胶自由形式可逆嵌入(FRESH),使研究人员能够克服与现有3D生物打印方法相关的许多挑战,并通过软质和生物材料实现前所未有的分辨率。富达。

身体中的每个器官,例如心脏,都是由称为细胞外基质(ECM)的生物支架连接在一起的特殊细胞组成。该ECM蛋白质网络提供正常细胞功能所需的结构和生化信号。然而,到目前为止,还不可能使用传统的生物制造方法重建这种复杂的ECM架构。

“我们已经证明,我们可以通过心脏瓣膜或仔细的室内搏动等真实特征打印心脏的细胞和胶原蛋白部分。” Adam Feinberg,卡内基梅隆大学材料科学生物医学工程(BME)教授。 “通过使用来自人类心脏的MRI数据,我们能够准确地再现患者特异性解剖结构,3D生物胶原蛋白和人类心脏细胞。”

美国有超过4,000名患者正在等待心脏移植手术,世界上数百万人需要一颗心脏病,但他们并不在等待名单上。对替代器官的需求是巨大的,并且需要新的方法来设计可修复,补充或替代长期器官功能的人造器官。 Feinberg是卡内基梅隆大学生物工程组织计划的成员,正在努力用新一代生物工程器官解决这些挑战。

“胶原蛋白是一种非常理想的3D打印生物材料,因为它几乎构成了身体的每一个组织。”Andrew Hudson解释说,他是Feinberg实验室的BME博士生。该论文的第一作者之一。 “然而,3D打印是如此困难,因为它最初是液体 - 所以如果你想在空中打印它,它只会在你的构建平台上形成一个水坑。所以我们开发了一种技术来防止它变形。“

研究人员开发了FRESH技术以防止其变形。 FRESH允许胶原蛋白在凝胶支持罐中逐层堆叠,然后通过从室温加热到体温来熔化支撑槽以获得完美的结构。这些结构精细达20微米,可插入活细胞和毛细血管。通过这种方法,可以设计各种尺度的人体心脏成分以从毛细血管到整个器官进行印刷。

不仅胶原蛋白,纤维蛋白,藻酸盐,透明质酸和其他软凝胶可用于FRESH技术的3D生物印刷,为组织工程提供强大且适应性强的平台。重要的是,研究人员还开发了开源设计,几乎任何人,从医学实验室到高中科学课程,都可以构建和获得低成本,高性能的3D生物打印机。

当然,实现这一目标还有很多挑战,包括:生成大型组织生物打印所需的数十亿个细胞;并遵守监管程序,以测试动物和最终的人类。

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