大阪研究員開創了生物3D列印技術中生物墨水附著的新方法

2021-01-15 3dhoo

  生物3D列印技術正以驚人的速度向前發展,我們看到全功能器官和其他複雜的組織從零開始建成,而將其移植到有需要的患者身上只是時間問題。目前,研究人員正在繼續研究在生物列印過程的各個階段仍然需要面對的一些技術問題。最近,大阪的一個研究團隊在這個領域取得了一些進展,想出一個新的方式讓生物墨滴粘在一起,那就是利用特殊的酶。

  生物3D列印技術的提高,使各種手術和再生醫學大大受益。迄今為止已經證明的最有希望的生物列印方法是使用特殊的「生物墨水」,其被擠出以形成用於有機組織生長的支架。墨水中充滿幹細胞,其可被誘導以特定方式分化,形成特定類型的組織。然而,平衡墨水的自粘附性與其流速以及與特定細胞類型的兼容性仍然是一個挑戰。

  大阪大學的Shinji Sakai是論文標題為「通過過氧化物酶介導的交聯實現滴落式多材料生物3D列印」的主要作者,並於最近發表在「大分子快速通訊」雜誌上。據Sakai介紹:「列印任何一種組織結構都是一個複雜的過程,生物油墨必須具有足夠低的粘度才能流過噴墨印表機,而且列印時還需要迅速形成高粘膠狀的結構。該方法可以滿足這些要求,同時避免海藻酸鈉,事實上,我們使用的聚合物提供了用於特定目的的剪裁腳手架材料的優異潛力。」

  該團隊的創新是使用一種特殊的酶,辣根過氧化物酶。這介導了水凝膠化過程,允許在氧化劑過氧化氫存在下,使添加的聚合物的苯基之間交聯。該技術否定了海藻酸鈉的需求,海藻酸鈉是一種有時會導致墨水與某些細胞類型相容問題的物質。

  過氧化氫的使用在過去是可以避免的,因為它可能損害細胞,但是通過這種方法,小組確保仔細地調整細胞和過氧化氫在分開的液滴中的傳遞,以便限制它們的接觸並保持細胞存活。他們的努力非常成功,通過這種方式,超過90%的生物測試凝膠中的細胞被證明是可行的。許多複雜的測試結構也能夠從不同類型的細胞中生長出來,這就為技術在更先進的過程中的實施提供了前進的方向。

  共同作者Makoto Nakamura說:「誘導多能幹細胞技術的進步使我們有可能誘導幹細胞以許多不同的方式分化。現在我們需要新的支架,所以我們可以列印和支持這些細胞,以實現功能組織的全面3D列印。我們的新方法是非常靈活的,應該能幫助所有的團隊努力實現這個目標。」

相關焦點

  • 從墨水出發,顛覆生物3D列印
    /公司總裁:Erik Gatenholm核心技術:首個通用型的生物3D列印墨水生物3D列印是醫學領域非常熱門的話題,而其中的問題之一是對可用於生物列印的材料的研究進展緩慢。目前,不同的醫院或機構一直在研究新材料,也很難找到實用的材料。而現在,瑞典的初創公司CELLINK研發出世界上首個通用型的生物3D列印墨水,這種墨水具有良好的生物相容性和列印保真度,使列印複雜結構更簡單,可適用於多種應用。該公司的目標是減少研究機構或製藥公司在列印人體組織時所花費的時間和經費。目前,該公司正在尋求投資以實現進一步發展。
  • 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。
  • 美國科學家開發新型生物墨水,能直接「列印」出骨組織
    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。
  • 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
    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。
  • 懸浮生物3D列印:履行生物列印漂浮的承諾
    儘管擠壓印表機已廣泛用於3D生物列印(請參閱詞彙表)領域,但距開發整個功能器官還有很長的路要走。因此,可以假設需要逐步改變以充分利用TE中基於擠出的3D列印的全部潛力。在過去的幾年中,一種新的方法得到了發展,它顯示了將上述兩種觀點結合起來的潛力。懸浮液中的3D列印為機械弱生物油墨形成複雜、清晰的結構提供了一個平臺。
  • 使用互補的網絡生物墨水擴展和優化3D生物列印能力
    然而,這樣的策略將需要仔細設計一種能夠支撐但不會使軟性生物墨水變形的懸浮式生物材料。雖然高度特定的生物墨水配方或定製列印方法可以解決某些生物材料系統的可列印性,但是這些不提供可以應用於不同3D列印場景的標準化方法。這一考慮突出了更具普遍性的策略的動機,該策略將生物製造窗口擴展到可列印的、細胞兼容的生物墨水的廣泛調色板上。
  • 臺灣大學科學家研發出「生物3D列印友好型」生物墨水
    在當前生物醫學領域中,組織工程的作用越來越重要——通過將生物材料(支架)、細胞和生物因子整合,有望實現對生物組織和器官的修復。   對於組織工程而言,能否構建滿足一定形狀要求、具有類似細胞外基質特性、能為組織生長提供所需生物環境和力學支撐的三維結構支架,至關重要。
  • 細菌「活墨水」可用於3D生物列印
    美國《科學》雜誌在線版、物理學家組織網近日報告了一項3D生物列印領域的最新突破:歐洲科學家團隊研發出一種包含細菌的「活墨水」,可依據所添加細菌的不同種類,形成各種不同的三維結構,未來有望用於皮膚和器官移植。皮膚和器官移植可以拯救很多患者,但這項技術存在來源不足、排異反應等弊端。
  • 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。
  • 能釋放氧氣的生物墨水可以提高3D列印結構中的細胞存活率
    aau訊(編輯 盧晶)據外媒報導,位於加利福尼亞州洛杉磯的Terasaki生物醫學創新研究所的研究人員開發出了一種可釋放氧氣的生物墨水,該墨水可用於3D列印生物工程細胞構建體。這可以幫助活細胞在植入後的頭幾天在有限的氧氣環境(例如3D列印設備內部存在的氧氣環境)中存活。
  • 德國生物3d印表機:生物3d列印技術
    您想列印的材料是什麼?您準備列印自己的材料還是商業化的墨水?商業化的墨水也有很多種,最快速的就是找墨水廠商諮詢,把您的需求提出來看能不能滿足,尤其要關注生物學性能和力學性能這兩點。想做產業化的要額外關注,這種生物墨水是不是FDA準入的材料,如果不是,可能未來短時間內做不成產品的概率很高。
  • 研究人員創造出可將氧氣輸送至3D列印組織細胞的生物墨水
    中國3D列印網9月16日訊,組織工程或再生是通過結合具有最佳化學和生理條件的細胞和其他材料來改善或替換生物組織的過程,以建立可在其上形成新的活組織的支架。我們已經看到許多3D列印的示例用於完成此任務。以這種方式改造新組織的潛力為器官移植的短缺和在藥物發現中的應用提供了答案。 但是,要成為有活力的組織,這些細胞需要通過血管輸送給它們的氧氣,在移植的組織中,氧氣可能需要幾天才能生長。
  • 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
  • Allevi與Xylyx Bio合作創建肝臟特異性生物3D列印墨水
    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。世界上只有少數研究人員和公司在研究肝臟特有的生物墨水,而其中之一就是阿萊維。這家總部位於費城的生物技術公司現已與仿生生物材料的先驅Xylyx Bio合作,推出了具有脫細胞外基質(dECM)的新型組織特異性生物墨水。從肝臟開始,他們將尋求在生物3D列印中概括天然組織的微環境。
  • 新研究用生物3D列印技術「列印」出微型腎臟
    新華社雪梨11月27日電(記者陳宇)一個國際研究團隊通過使用一種新生物3D列印技術,在實驗室內可以快速「列印」出大量微型腎臟類器官,未來有望應用於人體器官移植的相關研究,最終實現用人造腎臟為嚴重腎病患者進行器官移植。
  • 導電墨水為3D列印增加新可能
    但打造它的公司Voxel8卻不是一家玩具公司,而是是一家為3D列印開發新材料的創業公司,由哈佛大學生物工程的教授Jennifer Lewis創辦。該公司研發了一款能夠在塑料板上列印導電墨水的3D印表機。這意味著,人們可以通過這個設備自由設計電路板。能導電的墨水是該公司想改變3D印表機其中一種材料。這種導電墨水,不僅僅可以在室溫內列印出導電良好的電路,還可以附著在任何一種材料上。
  • 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。
  • 生物3D列印技術「列印」出微型腎臟
    一個國際研究團隊通過使用一種新生物3D列印技術,在實驗室內可以快速「列印」出大量微型腎臟類器官,未來有望應用於人體器官移植的相關研究,最終實現用人造腎臟為嚴重腎病患者進行器官移植。 這一新技術由澳大利亞默多克兒童研究所和美國生物技術公司奧加諾沃主導開發。
  • Science:膠原蛋白做「墨水」,3D生物列印出會跳動的心
    他們開發了一種叫做Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels(FRESH)技術,以膠原蛋白為生物墨水,3D生物列印了人類心臟的功能性部件(血管、瓣膜和心室搏動),並實現了前所未有的解析度和保真度。相關研究結果發表在《Science》雜誌上。
  • 科學網—操控「生物墨水」列印人體「零件」
    近日,浙江大學機械工程學院教授賀永帶領的課題組發明了一種新型生物3D列印方法,該方法能夠操控細胞形成特定結構的微球或微纖維,進而長成具有生物活性的微組織。相關論文先後刊登在SMALL雜誌上。目前的生物3D列印,有兩個重要應用,其一是構造人體器官模型,從而為疾病機理研究、腫瘤的個性化治療等提供更為高效的手段;其二是為器官/組織的局部缺損、功能喪失等提供更高效的修復手段。 為體外重建器官提供新思路 生物3D列印也叫細胞列印,是指操縱細胞「生物墨水」構造活性結構的過程,而開發合適的生物墨水一直是生物3D列印中的一個核心問題。