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科学家们如何利用3D打印技术打印出具有成熟形态的机体组织器官?

时期:2022-05-21 01:42 点击数:
本文摘要:3D打印机技术的较慢发展使得必要利用细胞和聚合物材料的活性油墨打印机器官样、细胞颗粒的组织的前景更为辽阔,当活性油墨被置放生理条件下时,细胞就不会在聚合物基质上产生机械力并动态转变墨水的形状和机械性质,为了协助3D打印机在的组织工程中的发展,研究人员就必须对活性墨水的特性展开定量分析解读,以便其一旦被放进培养基中就需要有效地预测并掌控形状的演进。

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3D打印机技术的较慢发展使得必要利用细胞和聚合物材料的活性油墨打印机器官样、细胞颗粒的组织的前景更为辽阔,当活性油墨被置放生理条件下时,细胞就不会在聚合物基质上产生机械力并动态转变墨水的形状和机械性质,为了协助3D打印机在的组织工程中的发展,研究人员就必须对活性墨水的特性展开定量分析解读,以便其一旦被放进培养基中就需要有效地预测并掌控形状的演进。日前,公开发表在国际杂志NatureCommunications上的研究报告中,研究者Morley等人就获取了关于活性墨水和其机械性能迄今为止最原始的定量化叙述,涉及研究或为后期4D生物打印机奠下了一定基础,在4D打印机过程中,生物材料不会展开一系列形态再次发生步骤来引领,比如转变印刷物体的生物学过程,而这些步骤都会汇集于功能和结构先进设备的最后形式。最普遍用于的3D打印机是一种基于断裂的设备,其中墨水被推展通过燃烧室以构成具备特定直径和几何形状的细丝;如今的组织工程师早已需要将沦为浆液的微粒改变沦为坚硬的材料,比如3D打印机细胞混合物和细胞外基质组分(ECM);浆液需要诱导在重力起到下产生的结构单元的塌陷,在研究中,研究者Morley能利用一种权利形式的打印机技术将活性墨水的细丝转化成称作由聚合物微粒所构成的浆液,随后其就不会在介质中改变为液体。

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这些活性墨水由活的成纤维细胞(动物机体中最少见的细胞)和普遍存在的ECM蛋白—-1构成,胶原蛋白需要获取成纤维细胞吸附并引起膨胀反应的基质材料,这些打印机出有的长丝结构具备一系列几何形状以及与成纤维细胞和胶原蛋白并不相同的组分,文章中,研究人员利用这些丝状结构作为最简单建构打印机的组织基本元件的模型,这类似于承托框架中的单个梁。研究者Morley等人测量了打印机后细丝的几何形状如何随时间而变化,因为细胞对胶原蛋白-1产生了牵引力并重塑了基质的结构,通过系统性地转变长丝的厚长度,以及其胶原蛋白-1和细胞成分,研究人员就需要全面解读生物材料中细丝的机械性能,尽管该研究仅限于非常简单的细丝几何形状,但从应以来讲,其所获得的数据限于于机械模型,而该模型则能叙述的组织的变形及具备更加简单的细丝几何形状和模式的的组织。在一系列实验中,研究者在细胞机车下仔细观察到了四种类型的细丝不道德,其需要通过利用细丝的材料特性和微粒浆液的硬度来展开定量说明(如图),在具备较低刚性的微粒浆液中,细丝不会倾斜成波状形状从而减低细胞产生的内应力;然而,如果浆液显得更加软的话就需要避免倾斜,在中等浆液的硬度下,长丝要么不会裂痕沦为较小的部分,要么不会再次发生延长,这各不相同长丝中胶原蛋白-1的浓度,为此研究人员明确提出了一种理论框架,其需要协助预测3D打印机的克隆参数如何要求后期不道德的再次发生。

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研究者指出,他们所明确提出的理论框架能为4D生物打印机获取定量的工程指南,比如,其需要对细胞和ECM组分的打印机排序展开光学,这些组分需要自发性地转变形状从而产生制止和器官的制备形式,比如肾脏、肺脏和血管等,其要比现实更为现实。


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