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突破3D打印细胞营养输送难题

浙大机械工程学院教授傅建中课题组日前开发出一种全新的器官打印工艺,成功解决了3D打印细胞的营养维持问题,使细胞可以“活”得更久,从而让大尺寸器官3D打印成为可能。相关成果日前在线发表于《生物材料》。

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器官打印,即用3D打印方法,将含有细胞的生物墨水进行一层层的精确可控沉积,构造出含有细胞的三维结构,再加以后续培养,从而获得想要的组织。如果3D打印人造器官彻底实现,那么当前器官移植的巨大缺口将得到缓解;科学家还可以直接用人造器官作前期药物筛选实验。


然而,打印活物远比打印一般的三维模型困难许多。该研究通讯作者贺永说,摆在器官打印面前的难题包括“三座大山”:寻找合适的凝胶材料,把细胞包裹起来打印成型;组织打印成型后,如何输送营养,实现体外培养;培养过程中,如何调控培养环境使得独立的细胞个体融合成功能性组织。


据介绍,目前的器官打印受限于营养输送问题,导致很多区域营养难以有效输送,导致后续的培养失败,因此器官尺寸无法扩大。“组织内遍布纤细的血管,它们是输送营养的流道。我们要在体外重构这些血管。”贺永解释说。由于凝胶材料非常软,现有思路多为先打印组织,再构造流道的“二次打印”法,效果不够理想。


贺永课题组的思路是,同时打印组织结构和营养输送流道——即一次成型。在一次实验中,他们偶然发现使用同轴喷头挤中空凝胶丝时,挤出的两条凝胶丝可以融合在一起,并具有一定的强度。受此启发,课题组用了一年的时间,尝试基于中空凝胶纤维进行器官打印。目前系列实验已证明了这一工艺的可靠性和优越性:流道不但能稳定输送营养,还能让大分子营养物质渗透到细胞中去。


“我们的这一工艺将为接近真实尺寸的器官制造提供可能。”贺永说,这一方法还可以广泛应用于片上器官、凝胶基微流控芯片、细胞传感器芯片、药物筛选芯片等领域。


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