科學(xué)家使用超聲波來改善生物3D打印組織特征
時間：2019-04-12 08:08 來源：中國3D打印網(wǎng) 作者：中國3D打印網(wǎng) 閱讀：304次
中國3D打印網(wǎng)4月12日訊，現(xiàn)在我們制造生物工程組織的有效方法是將活細(xì)胞嵌入3D打印結(jié)構(gòu)中。但是，一個挑戰(zhàn)是在生物3D打印凝膠中組織細(xì)胞的活性，以及如何讓工程化組織更接近地模仿天然組織。來自北卡羅來納州立大學(xué)的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種方法，通過在生物制造過程中使用超聲波對準(zhǔn)活細(xì)胞來改善人造組織的特征。
生物3D打印的人體膝關(guān)節(jié)半月板。圖片來源：北卡羅來納州立大學(xué)Rohan Shirwaiker
“我們已經(jīng)達(dá)到了能夠通過印刷活細(xì)胞來創(chuàng)造醫(yī)療產(chǎn)品（如膝蓋植入物）的程度，”Rohan Shirwaiker說道，他是該工作論文的通訊作者，也是北卡羅來納州立大學(xué)工業(yè)與系統(tǒng)工程系的副教授。“我們現(xiàn)在開發(fā)了一種稱為超聲輔助生物制造（UAB）的技術(shù)，它允許我們在生物打印過程中將細(xì)胞排列在三維基質(zhì)中。這允許我們創(chuàng)建膝關(guān)節(jié)半月板，例如，更類似于患者的原始半月板。到目前為止，我們已經(jīng)能夠?qū)⒓?xì)胞與一系列工程肌肉骨骼組織對齊。“
研究人員使用BioAssemblyBot直接墨水書寫（DIW）3D生物打印機(jī)開發(fā)了他們的UAB方法。為了對準(zhǔn)細(xì)胞，他們建立了一個超聲波腔室，允許超聲波穿過生物打印機(jī)打印活細(xì)胞的區(qū)域。這些超聲波從一個壁流向另一個壁，向后彈回并產(chǎn)生“駐波超聲波”。聲波有效地將細(xì)胞對齊成行，并且當(dāng)打印結(jié)構(gòu)并將細(xì)胞定位在其中時，可以將其布置成使得特定的圖案和方向。
“我們可以通過控制超聲波的參數(shù)來控制細(xì)胞的對準(zhǔn)特性，例如頻率和振幅，”Shirwaiker說。為了證明UAB技術(shù)的可行性，研究人員成功地制造了膝關(guān)節(jié)半月板，細(xì)胞在半月弧內(nèi)排列 ，就像它們在人體半月板中一樣。“我們能夠控制細(xì)胞在整個組織中逐層打印時的排列，”Shirwaiker說。 “我們還展示了以對其他整形外科軟組織（如韌帶和肌腱）特別重要的方式排列細(xì)胞的能力。”
UAB技術(shù)的一個優(yōu)點是它相對便宜。 Shirwaiker說：“設(shè)置超聲設(shè)備需要一次性成本， 可以使用現(xiàn)成的技術(shù)。在那之后，超聲波元件的運行成本可以忽略不計。 UAB技術(shù)可與大多數(shù)現(xiàn)有的生物打印技術(shù)結(jié)合使用。“
生物3D打印的人體膝關(guān)節(jié)半月板。圖片來源：北卡羅來納州立大學(xué)Rohan Shirwaiker
“我們已經(jīng)達(dá)到了能夠通過印刷活細(xì)胞來創(chuàng)造醫(yī)療產(chǎn)品（如膝蓋植入物）的程度，”Rohan Shirwaiker說道，他是該工作論文的通訊作者，也是北卡羅來納州立大學(xué)工業(yè)與系統(tǒng)工程系的副教授。“我們現(xiàn)在開發(fā)了一種稱為超聲輔助生物制造（UAB）的技術(shù)，它允許我們在生物打印過程中將細(xì)胞排列在三維基質(zhì)中。這允許我們創(chuàng)建膝關(guān)節(jié)半月板，例如，更類似于患者的原始半月板。到目前為止，我們已經(jīng)能夠?qū)⒓?xì)胞與一系列工程肌肉骨骼組織對齊。“
研究人員使用BioAssemblyBot直接墨水書寫（DIW）3D生物打印機(jī)開發(fā)了他們的UAB方法。為了對準(zhǔn)細(xì)胞，他們建立了一個超聲波腔室，允許超聲波穿過生物打印機(jī)打印活細(xì)胞的區(qū)域。這些超聲波從一個壁流向另一個壁，向后彈回并產(chǎn)生“駐波超聲波”。聲波有效地將細(xì)胞對齊成行，并且當(dāng)打印結(jié)構(gòu)并將細(xì)胞定位在其中時，可以將其布置成使得特定的圖案和方向。
“我們可以通過控制超聲波的參數(shù)來控制細(xì)胞的對準(zhǔn)特性，例如頻率和振幅，”Shirwaiker說。為了證明UAB技術(shù)的可行性，研究人員成功地制造了膝關(guān)節(jié)半月板，細(xì)胞在半月弧內(nèi)排列 ，就像它們在人體半月板中一樣。“我們能夠控制細(xì)胞在整個組織中逐層打印時的排列，”Shirwaiker說。 “我們還展示了以對其他整形外科軟組織（如韌帶和肌腱）特別重要的方式排列細(xì)胞的能力。”
UAB技術(shù)的一個優(yōu)點是它相對便宜。 Shirwaiker說：“設(shè)置超聲設(shè)備需要一次性成本， 可以使用現(xiàn)成的技術(shù)。在那之后，超聲波元件的運行成本可以忽略不計。 UAB技術(shù)可與大多數(shù)現(xiàn)有的生物打印技術(shù)結(jié)合使用。“
據(jù)中國3D打印網(wǎng)了解，該團(tuán)隊目前正在申請UAB技術(shù)專利，并正在尋找行業(yè)合作伙伴將其用于商業(yè)用途。該論文“超聲波輔助生物制造和優(yōu)先排列的三維細(xì)胞構(gòu)建體的生物打印”發(fā)表在“生物制造”雜志上。
中國3D打印網(wǎng)編譯自：3ders.org
(責(zé)任編輯：admin)
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