科学家开发新的超高精度生物3D打印单细胞方法
时间:2021-03-31 08:14 来源:中国3D打印网 作者:中国3D打印网 点击:次
中国3D打印网3月31日讯，慕尼黑应用科技大学的研究人员开发了一种高度精确的生物3D打印方法，该方法能够以高分辨率单细胞创建人体组织。通过将超短近红外（NIR）激光发射到位于细胞层下方的水凝胶中，该团队已经能够弹出微小的细胞簇，并将其包装到3D支架中。这种新的方法可以使单个细胞根据其形态以93-99％的生存力进行转移，并且科学家们相信，通过进一步的自动化，它可以产生功能性组织移植物。 科学家的新生物打印过程能够精确识别和沉积特定细胞。图片来自“高级功能材料”期刊。 高分辨率生物3D打印 在科学界，生物打印的软组织替代品的潜力是众所周知的，并且已经进行了很多试验，尤其是在药物研发和预防与年龄相关的细胞变性方面。尽管如此，并且近年来已经开发出许多不同的方法来制造组织支架，精确定位单个细胞仍然是一个重大挑战。 尽管基于喷墨和按需滴注的方法先前已经证明了单电池精度，但是它们经常遭受精度低和可行性低的困扰。另外，声学细胞图案化技术已被证明损害较小，并获得了很高的分辨率，但是这些方法不允许对特定细胞进行操作。鉴于精确的单细胞控制具有促进增殖并最终设计定制的功能性人体软组织的潜能，科学家在2018年开发了他们的新方法。基于脉冲NIR激光，该团队的技术使他们能够转移大约20μm的小水凝胶液滴。将10-30个细胞置于目标底物上。 在最新的研究中，慕尼黑的科学家们现在已经改进了这一程序，以便在将它们移至目标表面之前从储层中选择特定的细胞。研究人员修订后的技术具有很高的准确性，分辨率和细胞存活率，可能代表着朝着更可行的组织移植迈出的重要一步。  科学家们修改了生物3D打印过程。图片来自“高级功能材料”期刊。 新颖的生物3D打印方法 在研究人员的优化方法下，他们将原始设置安装在倒置光学显微镜上，可以在其上根据细胞的形状，大小或荧光识别细胞。然后将1030 nm激光发射到下面的水凝胶中，其波长足以使细胞以单组或多组“喷射”出去，而不会损害它们的整体生存能力。 在测试过程中，科学家将一排排人类间充质干细胞（hMSCs）分别以50、100和200 µm的间隙打印在涂明胶的基质上。经过详细的分析，结果表明该小组已经达到了极高的准确性，大多数细胞偏离其目标位置的距离小于一个细胞直径（14-32 µm）。 为了评估他们的技术对hMSC生存力的影响，研究人员随后将它们沉积到了充满胶原蛋白的表面上，实现了高达100％的生存能力。但是，间距为200 µm的单元实际上彼此分离，这表明它们的机械信号无法到达相邻单元。 此外，发现手动传输hMSC每个单元大约需要20秒，从而限制了该过程的可扩展性。为了提高细胞转移速度，科学家们相信，将来有可能将其工艺与双光子立体光刻（2PP）结合起来，从而创造出新颖的片上器官装置，并最终实现功能化人体组织替代品。 混合生物3D打印方法
生物打印仍然是一项实验性但迅速发展的技术，因此，目前正在开发各种细胞沉积方法。巴斯大学和布里斯托大学的研究人员开发了一种新的声能生物打印技术，称为“超声照相术”。该团队的新工艺利用超声波将颗粒图案精确地沉积到基质上，将来可以在药物中使用。测试应用程序。 布法罗大学的科学家通过设计基于VAT-SLA的快速3D生物打印工艺，采取了完全不同的方法。使用他们的技术，研究人员能够将创建充满细胞的水凝胶结构所需的时间从六个多小时减少到仅仅十九分钟。 相比之下，蒙特利尔大学的研究人员最近寻求采用低能量激光作为开发新的“按需滴落” 3D生物打印方法的手段。 从广义上讲，该团队的方法涉及将细胞彼此喷射形成更大的液滴，这些液滴可用于构建未来的软组织。
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