國際研究人員發布《3D生物打印路線圖》

時間:2020-02-17 作者:admin 分享到:

2020年2月17日,來自大學,機構和醫院的全球研究人員和科學家聚集在一起,為3D生物打印製定了路線圖。該論文發表在《Biofabrication》雜誌上,詳細介紹了生物3D打印的現狀,包括該技術在特定應用中的最新進展以及當前的發展和挑戰。它還預想了該技術在未來如何改進,並詳細介紹了製定路線圖的研究。

每個作者都專注於研究生物打印技術的不同方麵,這些主題涉及從細胞擴增和新型生物墨水開發到細胞/幹細胞打印,從基於類器官的組織到人體規模組織結構的生物打印,以及從構建細胞/組織/單芯片器官到生物多細胞工程化的生活係統。作者在論文摘要中表示:“由於目前生物打印技術方法的迅速發展和廣泛應用,該領域前進的方向尚不明確。本生物3D打印路線圖通過提供全麵的摘要和建議,供有經驗的研究人員和該領域的新手使用,從而解決了此問題。”

 

生物打印技術的進步。圖片來自《Biofabrication》

 

生物打印路線圖

在論文的引言中,費城德雷塞爾大學和中國清華大學的孫偉教授解釋了生物打印必須克服的挑戰。這些工作圍繞著新一代生物墨水的創建而展開,這些生物墨水能夠更好地運輸,保護和生長細胞。改進生物打印工藝;有效交聯;並與微流體設備集成,為培養生物打印模型提供了長期的模擬生理環境。

第一部分,“從細胞擴增到3D細胞打印”,討論了細胞擴增在生物打印中的重要性。報告指出,需要改進基於生物反應器的細胞擴增係統,以提高生物醫學在再生醫學和組織工程產品市場中的采用率。基於生物反應器的係統比利用平板培養解決方案的傳統方法能夠更快地擴增細胞。

 

用於擠出生物印刷的生物油墨。圖片來自《Biofabrication》

 

作者還研究了對生物3D打印過程至關重要的生物墨水的狀態。該論文指出,盡管在用於生物打印的生物墨水工程學方麵取得了重大進展,仍需要在該領域取得進一步進展,以促進細胞在微環境中的包裹,從而改善天然組織,器官的複製及其複雜性。

涵蓋的另一個主題是幹細胞的生物打印。研究人員稱,由於其作為細胞源的強大可再生性,以及在人體內分化和成熟為多種細胞類型的潛力,這一領域保持了“對生物醫學研究和應用的巨大希望”。但是,在實現幹細胞生物打印的全部潛力之前,仍有許多障礙和挑戰需要克服。這些障礙概括為三個方麵:物理打印效應對幹細胞生物打印的影響;生物墨水的特性;以及3D培養的幹細胞的生物學挑戰。最近,來自多倫多大學(UoT)和森尼布魯克健康科學中心的研究人員開發了一種手持設備,該設備能夠3D生物打印能夠治愈燒傷傷口的幹細胞薄片。

 


 

生物印打印的下一個前沿

本文繼續討論“大規模有效地生產類器官或細胞聚集體”。類器官是有用的,因為它們有效地模仿了體內組織或器官的生理微觀結構。大規模生產類器官的一個重大障礙是生產成本高和生產相關的困難。

研究人員還探索了3D打印的生物雜交組織,作為研究疾病的體外生物學模型。他們解釋說3D生物打印通過使組織具有精確的細胞空間排列,具有創造更好的疾病模型的潛力。體內組織不可或缺的許多功能,用於評估藥物反應,無法在生物打印中成功複製。這包括多層屏障功能,以控製外用藥物的透皮遞送,研究人員認為,可以通過創建3D打印的生物雜交組織來複製這種功能。

除了進一步探索組織組裝,單片器官發育和多細胞工程化的生活係統外,該論文還研究了太空中的生物打印。多虧了微重力,在太空進行生物打印的一個優勢是創造了具有更多流體,生物相容性的生物膜的生物打印結構。此外,微重力條件允許對具有更複雜幾何形狀(如空隙,空腔和隧道)的組織和器官構造進行3D生物打印。

 


宇航員克裏斯蒂娜·科赫(Christina Koch)在國際空間站上使用BFF。圖片來自NASA。

 

美國,歐盟,俄羅斯和中國的數個研究小組和公司已經在這個方向探索,他們正在積極準備在太空進行生物打印所需的研究基礎設施和設備。例如,nScrypt和Techshot的3D生物製造工廠(BFF)生物打印機目前正在國際空間站(ISS)上。本周,包含用於BFF的3D打印耗材的有效載荷被運送到國際空間站,用於保存人體細胞,生物墨水和一組新的3D打印陶瓷流體歧管的樣品,以代替以前使用的打印聚合物。俄羅斯生物技術研究實驗室3D Bioprinting Solutions也有其3D生物打印機

Organ.Aut,安裝在國際空間站上。該公司最近能夠在零重力下對骨骼組織進行3D生物打印。
《生物打印路線圖》發表在《Biofabrication》雜誌上,由多位作者撰寫,包括北卡羅萊納州立大學機械工程學教授Binil Starly;賓夕法尼亞大學的生物工程師Jason Burdick;英國Maverex的生命科學醫學作家Gregor Skeldon;格拉斯哥斯特拉斯克萊德大學生物醫學工程教授Wenmiao Shu;艾默裏大學醫院(Emory University Hospital)的骨科醫生安德魯·戴利(Andrew Daly);德國維爾茨堡大學醫學和牙科功能材料教授JürgenGroll;浦項科技大學機械工程師Dong-woo Cho;3D Bioprinting Solutions首席科學官Vladimir A. Mironov。

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