华南3D打印、增材制造展览会

2020.09.03~05

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TCT华南3D打印展、TCT华南深圳增材制造展 | 以糖为材料制成的3D打印血管系统

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研究人员希望,组织工程和再生医学的新进展有朝一日可以从患者自己的细胞或动物肌肉组织中取代肝脏,这些肝脏可以被切成牛排而不会在牛里面。生物工程师已经可以从多种组织中制造出二维结构,但跳转到3D的主要障碍之一就是让大型结构中的细胞不会窒息。

宾夕法尼亚大学的研究人员已经为这种灌注问题开发了一种创新的解决方案:他们已经证明,3D打印的细丝网络模板可用于快速创建脉管系统并改善工程化生物组织的功能。

该研究由博士后研究员Jordan S. Miller和宾夕法尼亚州生物工程系Skirkanich创新教授Christopher S. Chen以及麻省理工学院Wilson教授Sangeeta N. Bhatia领导。和Bhatia实验室的博士后研究员Kelly R. Stevens。

没有血管系统,3D组织结构内部的活细胞很快死亡。因此,生物工程师已经探索了3D打印作为一种原型组织的方法,该组织包含大量的活细胞。

最常探索的技术是逐层制造或生物打印,其中产生单层或细胞和凝胶液滴,然后一次一滴地组装在一起,有点像构建一堆LEGOS。

Chen和他的同事们首先专注于血管系统而不是试图打印大量组织并留下空心通道用于脉管系统,而是设计了独立的3D细丝网络,其形状为血管系统。里面作为一个模具。一旦添加细胞并形成实体组织,团队的方法允许移除模具。

“有时最简单的解决方案来自于回归基础,”米勒说。 “当我参观一个Body Worlds展览时,我得到了第一个暗示这个解决方案,在那里你可以看到独立的整个器官脉管系统的塑料模型。”

经过大量测试,该团队在一种不起眼的材料中发现了材料特性的完美组合:糖。糖在机械上很强,并且以纤维素的形式构成地球上的大部分有机生物质,但它们的结构单元通常也被添加并溶解到有助于细胞生长的营养培养基中。

“我们测试了许多不同的糖配方,直到我们能够一起优化所有这些特性。”米勒说。

他们确定的配方 - 蔗糖和葡萄糖以及用于结构增强的葡聚糖的组合 - 使用RepRap印刷,RepRap是一种开源3D打印机,具有定制设计的挤出机和控制软件。在印刷后稳定糖的重要步骤是,将模板涂覆在由玉米衍生的可降解聚合物的薄层中。该涂层允许糖模板溶解并通过它们产生的通道流出凝胶,而不会抑制凝胶的凝固或损害附近生长的细胞。一旦糖被移除,研究人员开始使液体流过血管结构,细胞开始接收营养和氧气,类似于体内自然发生的交换。

该团队认为,他们的3D打印方法将成为各种基于细胞和组织的应用的可扩展解决方案,因为所有器官脉管系统都遵循类似的建筑模式。

整个过程快速而廉价,使研究人员可以在计算机模拟和多种血管配置的物理模型之间轻松切换。陈赛义德:''这种新的平台技术,使组织形成温和而快速的jouney。''

除米勒,陈,巴蒂亚和史蒂文斯之外,研究由Michael T. Yang,Brendon M. Baker,Duc-Huy T. Nguyen,Daniel M. Cohen,Esteban Toro,Peter A. Galie,项羽和Ritika进行。 Penn Bioengineering的Chaturvedi和麻省理工学院的Alice A. Chen。巴蒂亚也是霍华德休斯医学研究所的调查员。

这项研究得到了美国国立卫生研究院,宾夕法尼亚工程细胞和再生中心以及美国心脏协会-Jon Holden DeHaan基金会的支持。


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2019年10月15-17日 | 深圳会展中心 3号馆

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