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华体会全站app网址:生物3D打印的原理与实验方案(一):生物墨水及新兴研究方向

2022-07-12 06:52:44 |来源:华体会全站官方下载 作者:华体会全站入口

  3D生物打印是增材制造的一种形式,通过使用生物兼容性墨水或在其中添加细胞,使该墨水能够应用于三维组织工程……或许我们已经看过多次这样的生物3D打印定义。但细究打印过程的细节、步骤、原理,乃至延申到打印前的细胞培养和打印后的组织培养,或许都只有一个模糊的概念。因而,Jeremy M. Crook于2020年出版了3D Bioprinting: Principles and Protocols一书,旨在将生物3D打印前后相关的操作标准化,使科研工作者能够更为方便地开展工作。书的内容正如书名,分为Principle与Protocol两大块,前者介绍相关概念,以理论内容为主;后者则提供实验步骤,以器官作为章节分类介绍。

  书的内容以生物3D打印的历史作为起始。介绍了两类生物3D打印公司:以设备和应用起家、以耗材即生物墨水的开发起家。前者以瑞士regenHU作为代表,也包括德国Envision Tec(现为美国Desktop Metal全资子公司)、日本Cyfuse等;后者则以瑞典Cellink为代表(由公司名称也能看出),包括美国Allevi、Se3D。他们能够在领域发展初期,就看到生物墨水与传统材料的区别,并开发合适的方法予以转变。在书中,相对于传统材料而言,生物墨水有一下几个特点:

  2、 在应力作用下能够因剪切稀变特性而发生流动,但在没有负载时则保持形状。

  3、 可以通过交联或自组装避免被溶解,同时可以在多层结构或堆叠时维持形状。

  另外,作者也提到,使用生物3D打印的一个较为现实且迫切的目的,是绕开传统2D组织培养、异体组织移植、器官捐献等种种带来的限制。除了使用细胞进行常规生物3D打印解决上述几个问题外,作者也提到多个正在引起关注的研究方向:

  1、4D生物打印:打印后的组织仍具有一定的活动性,可随时间或在刺激物的促进下改变性质

  2、仿生机器人(Soft Robotics):打印肌细胞和导电材料制作人工肌肉模型,在给予适当刺激后,可使细胞发生收缩,成为生化机器人。

  3、器官芯片(Organ-on-a-Chip):在体外进行器官小型化,打印出模拟器官,以研究其独立或与其他器官之间的功能、活动、反应或机理,如药理学、毒理学研究。

  4、血管组织(Vascularized Tissues):弥补传统器官培养中缺乏血管网络,难以真实模拟体外器官的缺陷。

  图2:得益于生物3D打印,科学家可以在体外构建更贴近真实情况的复杂血管网

  同时,生物3D打印也较为适合在GLP(good laboratory practice,药物非临床研究质量管理规范,在生物3D打印领域可译为良好实验质量管理规范)甚至GMP(Good Manufacturing Practice,药物生产质量管理规范,在生物3D打印领域可译为良好生产质量管理规范)规范下进行标准化,从而可控地完成组织构造。

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