直接「列印」出骨組織,科學家開發的這款新型生物墨水,厲害了

2020-11-24 中國科學技術館

3D列印技術不僅能用於工業，在醫學上也有廣泛的應用前景。此前，許多科學家已經在研究利用3D列印技術直接「列印」出人體組織。

近日，Akhilesh K. Gaharwar博士，一名副教授，已經開發出一種高度可列印的生物墨水，作為生成解剖級功能組織的平臺。

這項研究最近發表在美國化學學會的《應用材料與界面》雜誌上。

生物列印是一種新興的增材製造方法，它利用水凝膠等生物材料，將它們與細胞和生長因子結合，然後列印出模擬自然組織的組織樣結構。

這項技術的一個應用可能是設計針對病人的骨移植，這一領域正引起研究人員和臨床醫生的興趣。

通過傳統的治療方法處理骨質缺損和損傷往往是緩慢和昂貴的。

Gaharwar說，發展替代骨組織可以為患有關節炎、骨折、牙齒感染和顱面缺陷的病人創造令人興奮的新療法。

生物列印技術需要充滿細胞的生物材料，它們可以像液體一樣通過噴嘴流動，但幾乎一沉積下來就會凝固。

這些生物墨水需要同時作為細胞載體和結構成分，要求它們高度可列印，同時提供一個穩定的、對細胞友好的微環境。

然而，目前的生物油墨缺乏足夠的生物相容性、印刷性、結構穩定性和組織特異的功能以將這項技術應用於臨床前和臨床應用。

為了解決這個問題，Gaharwar的研究小組正在努力開發先進的生物墨水，即納米工程離子-共價糾纏(NICE)生物油墨。

NICE生物墨水是兩種加固技術(非加固技術和離子共價網絡技術)的結合，它們共同提供更有效的加固，從而形成更堅固的結構。

一旦生物印刷完成，充滿細胞的NICE網絡交聯形成更堅固的支架。

這項技術使該實驗室能夠對人體部分進行全面的、細胞友好的重建，包括耳朵、血管、軟骨甚至骨骼部分。

生物印刷後不久，封閉的細胞開始沉積富含軟骨樣細胞外基質的新蛋白，隨後在三個月內鈣化形成礦化骨。

幾乎5%的列印支架由鈣構成，類似於松質骨，松質骨是脊椎骨骼中常見的海綿狀組織網絡。

為了了解這些生物列印的結構如何誘導幹細胞分化，使用了一種被稱為全轉錄組測序(RNA-seq)的下一代基因組技術。RNA-seq在特定時刻捕捉細胞內所有遺傳信息的快照。

該團隊與德州農工大學健康科學中心的Irtisha Singh博士一起工作，後者是該團隊的聯合調查員。

Gaharwar說:「3D生物列印的下一個裡程碑是生物列印構建體在功能組織生成方面的成熟。」

「我們的研究表明，我們實驗室開發的NICE生物墨水可以用來製造3d功能性的骨組織。」在未來，Gaharwar的團隊計劃展示3d生物列印骨組織的體內功能。

此前，加州大學伯克利分校研究人員展示了一種新技術，能夠在平面上快速列印多達10種不同類型的細胞或蛋白質的複雜圖案。

加拿大的一組研究人員則已經成功地試驗了一種新的手持3D皮膚印表機，這種印表機可以通過直接在傷口上「列印」新的皮膚細胞來治療嚴重的燒傷。

編譯/前瞻經濟學人APP資訊組

本文來自： 前瞻網

相關焦點

  • 美國科學家開發新型生物墨水,能直接「列印」出骨組織
    3D列印技術不僅能用於工業，在醫學上也有廣泛的應用前景。此前，許多科學家已經在研究利用3D列印技術直接「列印」出人體組織。Gaharwar博士，一名副教授，已經開發出一種高度可列印的生物墨水，作為生成解剖級功能組織的平臺。這項研究最近發表在美國化學學會的《應用材料與界面》雜誌上。生物列印是一種新興的增材製造方法，它利用水凝膠等生物材料，將它們與細胞和生長因子結合，然後列印出模擬自然組織的組織樣結構。
  • 英國科學家開發出新型生物墨水可3D列印軟骨
    日前，英國布裡斯託大學（University of Bristol）的科學家們開發出了一種新型的生物墨水，據稱這種墨水最終可能3D列印出可作為手術植入物的複雜組織
  • 科學家開發出用於生物列印的釋氧生物墨水
    近年來，生物列印領域經歷了多項突破，其中之一就是可以利用生物墨水和3D生物印表機生成生物組織結構的可能性。
  • 臺灣大學科學家研發出「生物3D列印友好型」生物墨水
    在構建所需三維支架的多種方式中，生物3D列印最具潛力。相較於其他傳統方法，其優勢在於，簡單、快速、容易滿足不同情況下的個體化需求等。 　　不過，在生物3D列印含細胞組織工程支架的過程中，選用合適的生物列印墨水是一大難題。基於傳統水凝膠的生物墨水存在擠出困難、可列印性差、力學強度不足、細胞長期活性難以維持等缺點。
  • 全能的3D列印骨修復材料被成功開發
    bone graft文章（論文第一作者為楊雨禾博士），創新性地開發出了一款光敏納米複合生物墨水，兼具機械強度、生物相容性與生物活性，可用於3D列印骨組織修復。3D列印組織工程骨支架具有高保真度、複雜多孔結構、優秀的生物相容性，可以快速精準的滿足患者需求，越來越多的研究者開始使用3D列印技術進行骨組織修復。微擠出式生物3D列印操作簡單、高效、成本相對低，是3D列印骨修復支架的可靠工藝技術。
  • 德國科學家開發出可擦除的神奇3D列印墨水!
    【PConline3D列印資訊】德國卡爾斯魯厄理工學院（KIT）的研究人員開發出一種可擦除的3D列印墨水。這種墨水主要用於直接雷射寫入，它是一種生產納米級結構的增材製造工藝。據開發人員介紹，現在他們可以反覆擦除和重寫大至100納米的微型結構。
  • 浙大教授發明新型生物3D列印
    3D列印活體器官延長壽命的夢想儘管遙遠，但我們正向它一步步逼近。 浙江大學機械工程學院賀永教授課題組發明了一種新型生物3D列印方法，能夠操控不同種類的細胞形成特定結構的微球，進而長成具有生物活性的微組織。 這一方法將為體外重建類器官，為開發更為高效的器官晶片、實施更有效的細胞治療等，提供有效路徑。
  • 研究人員開發的3D列印功能性人類卵巢生物墨水取得進展
    中國3D列印網1月9日訊，西北大學和芝加哥安·羅伯特·H·盧裡兒童醫院的研究人員發表了一篇論文，詳細介紹了用於生物3D列印卵巢墨水的持續開發。這種墨水中充滿了源自豬卵巢的結構蛋白。這些蛋白質的位置已在研究中作圖和鑑定。
  • 想要長壽可能靠的就是「生物墨水」
    浙大教授發明新型生物3D列印未來有望自由製造人體「零件」想要長壽可能靠的就是「生物墨水」賀永實驗室用「生物墨水」列印的一朵玫瑰花。凱文·凱利在1994年出版《失控》時，就已經預言未來將會是：人類逐漸機器化，機器則會生物化。這個趨勢，在人工智慧越來越興起的今天，更加明顯。先單說人類的事情。
  • 3D生物列印新突破:細菌墨水可列印任何三維結構
    近年來，科學家一直在開發3D列印技術，隨著3D列印製造人類器官的實現，幾乎已經沒有什麼東西不能用它列印出來了。現在，研究人員開發出一種新型3D列印平臺，通過使用細菌墨水，可以列印出任何三維結構。
  • 科學網—操控「生物墨水」列印人體「零件」
    然而，組裝出的土豆內的細胞雖然有很好的活性，但這樣的土豆種到地裡卻很難直接發芽（列印出的器官與體內器官從功能上來說還有較大的差距），這種「形似而神不似」的問題正是當下生物3D列印面臨的瓶頸之一。 據記者了解，要想列印出既在外形結構上相似，結構內的細胞又具有協同功能的組織器官並非易事。這不僅需要開發合適的活性「生物墨水」，還需要一臺能夠精準操控的3D列印設備。
  • 想要長壽 可能靠的就是 「生物墨水」
    3D列印活體器官延長壽命的夢想儘管遙遠，但我們正向它一步步逼近。　　浙江大學機械工程學院賀永教授課題組發明了一種新型生物3D列印方法，能夠操控不同種類的細胞形成特定結構的微球，進而長成具有生物活性的微組織。　　這一方法將為體外重建類器官，為開發更為高效的器官晶片、實施更有效的細胞治療等，提供有效路徑。
  • 浙大教授發明新型生物3D列印,未來有望能自由製造人體「零件」
    浙江24小時-錢江晚報特約記者 周煒3D列印活體器官的夢想儘管遙遠，但人類正向它一步步逼近。浙江大學機械工程學院賀永教授課題組發明了一種新型生物3D列印方法，能夠操控不同種類的細胞形成特定結構的微球，進而長成具有生物活性的微組織。
  • Allevi與Xylyx Bio合作創建肝臟特異性生物3D列印墨水
    中國3D列印網11月14日訊，肝臟已鑑定出500多種重要功能，範圍從過濾血液到酶活化。對於研究人員而言，使用專門為肝臟創建的生物墨水進行生物3D列印組織結構具有很大的優勢，並使它們更接近於模擬器官的複雜性。
  • 研究人員:開發了一種用於3D列印新型生物油墨
    【PConline 資訊】來自內布拉斯加州林肯大學，麻薩諸塞綜合醫院和麻省理工學院的研究人員組成的團隊開發了一種新型生物油墨用於3D列印，其中包含富含血小板的血漿。這可以讓生物3D列印的組織具有改善的癒合性能。
  • 從形似到神似:操控「生物墨水」列印人體「零件」
    然而，組裝出的土豆內的細胞雖然有很好的活性，但這樣的土豆種到地裡卻很難直接發芽（列印出的器官與體內器官從功能上來說還有較大的差距），這種「形似而神不似」的問題正是當下生物3D列印面臨的瓶頸之一。　　據記者了解，要想列印出既在外形結構上相似，結構內的細胞又具有協同功能的組織器官並非易事。這不僅需要開發合適的活性「生物墨水」，還需要一臺能夠精準操控的3D列印設備。
  • 從墨水出發,顛覆生物3D列印
    摘 要 CELLINK公司是瑞典的初創公司，該公司研製出了首個通用型的生物3D列印墨水，適用於多種生物3D印表機，或為正在尋找合適的生物列印材料的研究機構或製藥公司帶來福音。
  • 高強、可降解、具生物活性的可光交聯3D列印墨水
    研究內容簡介該研究提出了一種由三嵌段聚（丙交酯-丙二醇-丙交酯）二甲基丙烯酸酯（PmLnDMA）和甲基丙烯酸羥乙酯（HEMA）功能化羥基磷灰石納米粒子（nHAMA）構成的新型可光交聯納米複合墨水（圖1）。
  • 大阪大學科學家開發出改善可印刷性的基於絲纖維的生物油墨
    日本大阪大學的研究人員開發了一種新型的基於絲纖維的生物墨水，該墨水可用於製造富含細胞的結構，並提高可印刷性。利用他們的新型生物墨水，研究人員能夠3D列印幾種複雜的結構，包括一個鼻子形的物體。儘管這些新方法已顯示出巨大的治療潛力，並產生了各種微型3D列印的身體部位，但該技術距離最終用途的應用還有很長的路要走。 例如，德克薩斯大學埃爾帕索分校（UTEP）的科學家在2020年1月用3D列印了迷你心臟，並將它們送到國際空間站進行測試。
  • Mater:生物3D列印高彈性墨水用於半月板纖維軟骨組織再生
    基於水凝膠的生物模式由於結構完整性，機械穩定性和可列印性差，降解快而受到限制。合成聚合物並不能提供適當的生物微環境，這會導致細胞粘附能力降低，從而導致植入物整合性下降，也會出現出緩慢的降解和不適當的機械剛度。目前，正在引入更先進的生物墨水系統來克服這些當前的挑戰。