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新型生物墨水用于三维细胞生物印刷

林雪平大学副教授Daniel Aili领导的一个研究小组开发了一种生物墨水,可以在3-D打印机上打印模仿组织的材料。科学家们已经开发出一种方法和材料,可以让细胞存活和茁壮成长。

“生物打印是一项令人兴奋的制造三维组织模拟细胞培养物的新技术。开发所需的生物墨水一直是一个主要问题,即一种可以封装细胞并用于打印机的材料。我们的生物墨水有几个令人兴奋的特性,这为我们的视觉创造了新的机会——在实验室里创造组织和器官。

墨水的特性可以根据需要进行修改,他们在试验中使用了不同类型的细胞材料,如肝细胞、心脏细胞、神经细胞和成纤维细胞(一种存在于结缔组织中的细胞),取得了优异的结果。该研究小组还解决了在尝试打印有机材料时面临的一个主要挑战:他们找到了一种方法,可以让细胞在受到严酷处理的情况下存活和茁壮成长。研究结果刚刚发表在《生物制造》杂志上。

该小组开发的墨水含有透明质酸和被称为多肽的类似蛋白质的合成分子。它们结合在一起形成一个富含水的网络,即水凝胶,作为细胞的支架。

“我们可以使用一些先进的化学技术来控制水凝胶形成的速度,换句话说,从液体过渡到温和包裹细胞的凝胶,”Daniel Aili说。

科学家们开发了一种模块化系统,就像乐高积木,不同的组件可以组合在一起,创造出不同类型的水凝胶。这种水凝胶为细胞提供机械支撑,并将细胞包裹起来而不损伤细胞。它们还可以控制细胞生长和行为。各种多肽的系统使修饰性质以控制细胞和合并各种功能成为可能。从广泛的阵列可能的一个例子是附加一种酶,刺激骨骼的生长。

“我们是第一批能够在打印前后改变材料性能的研究小组之一。例如,我们可以在这个过程中增加交联的程度来增加材料的稳定性,我们还可以改变其生化特性。我们还可以使材料适应不同类型的细胞。这是模仿围绕在大多数人类细胞周围的支撑结构——细胞外基质的又一步。”Daniel Aili说。

由于这种材料是动态的,并且在作为生物墨水用于3d打印时可以被赋予定制的特性,这项研究的结果被称为4-D打印生物材料——又向模拟人体自身功能迈进了一步。

“我们的工作是相当基础的研究,但我们意识到对组织的巨大医学需求,以及更好的、生物学相关的药物开发模型,尤其是作为动物实验的替代品。”目前这一领域的进展非常迅速。

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