俄罗斯科学家开发牙龈修复新技术 3D生物打印实现突破

俄罗斯科学家开发牙龈修复新技术 3D生物打印实现突破 2024年12月30日星期一 莫斯科2024年12月30日电 莫斯科谢奇诺夫医科大学的科学家利用3D生物打印技术，成功开发了一种修复受损牙龈组织的新方法，为牙科治疗带来革命性突破。 据《今日俄罗斯》报道，研究人员指出，传统人工材料在牙龈修复中的应用效果有限，因其难以在患者体内扎根。而新技术通过使用患者自身细胞、生物相容性聚合物和球形细胞，可以高效修复受损组织。这种方法与患者身体高度兼容，有望成为治疗多种口腔疾病的新选择。 谢奇诺夫医科大学牙科外科学系副教授斯维特兰娜·里宾娜表示，这项技术的优势在于，它使用患者自身细胞培养出活组织，与种植体相比更加自然。“这是世界上首个基于患者细胞的牙龈修复技术，代表了牙科治疗的一项重要突破。” 据介绍，该技术不仅适用于因疾病引发的牙龈损伤修复，还可弥补因受伤或手术造成的组织缺损。目前，这一创新技术正被寄予厚望，或将彻底改变牙龈疾病的治疗方式。

令人惊叹的无疤痕手术将活体皮肤直接印入伤口

令人惊叹的无疤痕手术将活体皮肤直接印入伤口 尽管整形外科技术不断进步，但使用植皮修复头面部全层皮肤缺损仍是一项挑战。它可能导致疤痕、永久性脱发和植皮失败。但现在，宾夕法尼亚州立大学（Pennsylvania State University）的研究人员首次在大鼠手术中用三维打印技术打印出了具有毛发生长潜能的全厚活体皮肤，立即纠正了动物头部的严重皮肤缺损。该研究的通讯作者易卜拉欣-奥兹博拉特（Ibrahim Ozbolat）说："为矫正面部或头部受伤或疾病造成的创伤而进行的重建手术通常并不完美，会造成疤痕或永久性脱发。通过这项工作，我们在老鼠身上展示了具有长毛潜力的生物打印全厚皮肤。这距离在人类身上实现更自然、更美观的头面部重建又近了一步。"从解剖学上讲，皮肤有三层：最外层（可见）的表皮、中间的真皮和最深层的皮下组织。真皮下层由结缔组织和脂肪组成，为头骨提供结构和保护性支撑。毛囊的根部延伸到真皮下层，这就是头发开始生长的地方。奥兹博拉特说："真皮下层直接参与干细胞变成脂肪的过程。这一过程对包括伤口愈合在内的几个重要过程至关重要。它还在毛囊循环中发挥作用，特别是在促进头发生长方面。"他和宾夕法尼亚州立大学的研究小组此前曾使用两种不同的生物墨水同时三维打印软硬组织，以修复啮齿动物头骨和皮肤上的孔洞。在目前的研究中，他们更进一步。他们从接受手术的病人的脂肪组织中提取分子和蛋白质网络（细胞外基质），为组织提供结构和稳定性。这构成了生物墨水的一个组成部分。第二种成分是从脂肪组织中提取的干细胞。第三种是含有纤维蛋白原的凝结溶液，帮助其他成分与损伤部位结合。每种成分都分别装入生物打印机的不同隔间。活体皮肤 3D 打印过程示意图奥兹博拉特说："这三个隔间让我们能够在精确控制的情况下，将基质-纤维蛋白原混合物与干细胞共同打印出来。我们直接在受伤部位打印，目标是形成真皮下层，这有助于伤口愈合、毛囊生成、温度调节等。我们在大鼠身上进行了三组研究，以更好地了解脂肪基质的作用，我们发现基质和干细胞的共同输送对真皮下层的形成至关重要，只有细胞或基质才能有效发挥作用，必须同时进行。"为了找出完美的混合物，研究人员对三种含有不同数量细胞外基质的生物墨水进行了实验。在对下真皮层和真皮层进行生物打印后，外表皮层在两周内自行形成，伤口几乎完全愈合。他们还发现，真皮下层含有"下生长"，即毛囊发育的雏形。研究表明，脂肪干细胞与毛囊密切相关，并可能通过释放生长因子驱动毛囊生长。实验中，脂肪细胞可能改变了细胞外基质，使其更有利于向下生长的形成。研究人员正在努力推进这项工作，使毛囊成熟，并控制其密度、方向性和生长。研究论文中包含的以下视频展示了直接打印到老鼠头部伤口上的三维生物打印技术。视频中出现了血淋淋的开放性伤口，因此如果您胆小，最好还是跳过这段视频。研究人员希望他们的技术，尤其是毛发生长能力能够改善整形手术的"外观"，使其看起来更自然，这将对患者的心理健康产生积极影响。他们正在研究如何将先前的工作、3D 打印骨骼和研究如何匹配各种肤色的色素。"我们相信，这项[技术]可以应用于皮肤科、毛发移植以及整形和重建手术它可以带来更加美观的结果，凭借全自动生物打印能力和临床级别的兼容材料，这项技术可能会对精确重建皮肤的临床转化产生重大影响"。这项研究发表在《生物活性材料》杂志上。 ... PC版： 手机版：

传感器能在 3D 生物打印组织内定位

传感器能在 3D 生物打印组织内定位 据科技日报，以色列特拉维夫大学团队设计并生产了一种受折纸启发的创新结构。该结构可在组织周围折叠，允许将传感器精确插入预定义位置，以检测记录细胞活动和细胞之间的交流。研究成果发表在最新一期《先进科学》杂志上。

科学家用合成生物学和三维打印技术打造可编程的生命材料

科学家用合成生物学和三维打印技术打造可编程的生命材料 从第 1 天（左）到第 14 天（右），3D 打印在水凝胶中的植物细胞生长并开始繁茂成黄色的细胞簇。图片来源：改编自 ACS Central Science 2024，DOI: 10.1021/acscentsci.4c00338最近，研究人员一直在开发工程活体材料，主要依靠细菌和真菌细胞作为活体成分。然而，植物细胞的独特特性激起了将其用于工程植物活体材料（EPLMs）的热情。以前，科学家们创造的基于植物细胞的材料结构相当简单，功能有限。余子怡、狄振高及其同事希望改变这种状况，他们制作了形状复杂的 EPLM，其中含有可定制行为和功能的基因工程植物细胞。24 天后，植物细胞在两种不同的生物墨水中产生的颜色在这种叶形工程活体材料中清晰可见。来源：改编自 ACS Central Science 2024，DOI: 10.1021/acscentsci.4c00338研究人员将烟草植物细胞与含有农杆菌的明胶和水凝胶微粒混合，农杆菌是一种常用于将DNA片段转入植物基因组的细菌。然后将这种生物墨水混合物在平板上或装有另一种凝胶的容器内进行 3D 打印，形成网格、雪花、树叶和螺旋等形状。接着，用蓝光固化打印材料中的水凝胶，使结构硬化。在随后的 48 小时内，EPLMs 中的细菌将 DNA 转移到生长中的烟草细胞上。然后他们用抗生素清洗这些材料，以杀死细菌。在接下来的几周里，随着植物细胞在 EPLMs 中生长和复制，它们开始根据转移的 DNA 生成蛋白质。在这项概念验证研究中，转移的DNA使烟草植物细胞能够产生绿色荧光蛋白或贝特类色素红色或黄色的植物色素，可作为天然着色剂和膳食补充剂。通过用两种不同的生物墨水打印叶形 EPLM一种墨水沿叶脉产生红色素，另一种墨水在叶片的其他部分产生黄色素研究人员表明，他们的技术可以产生复杂的、空间可控的多功能结构。研究人员说，这种 EPLM 结合了生物体的特征和非生物物质的稳定性和耐久性，可以用作细胞工厂，生产植物代谢物或药物蛋白质，甚至用于可持续建筑应用。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

首个3D打印的功能性人脑组织能像真实脑组织一样生长

首个3D打印的功能性人脑组织能像真实脑组织一样生长 研究人员用 3D 打印出能像普通脑组织一样生长和运作的脑组织创建一个尽可能接近真实的器官对于探索疾病病理和测试新药的研究至关重要。大脑面临着特殊的挑战，包括在实验室中培育的神经元必须形成功能性连接，而且脑组织需要支持复杂而微妙的结构。威斯康星大学麦迪逊分校（UW-Madison）的研究人员成功地用三维打印技术打印出了能像普通大脑一样生长和运作的脑组织。这项研究的通讯作者张素春说："这可能是一个非常强大的模型，帮助我们了解人类脑细胞和大脑部分是如何交流的。它可以改变我们看待干细胞生物学、神经科学以及许多神经和精神疾病发病机制的方式。"研究人员的目标是构建分层神经组织，使神经祖细胞（NPC）在层内和层间成熟并形成连接（突触），同时保持结构不变。他们选择了一种主要由纤维蛋白原和凝血酶组成的纤维蛋白水凝胶作为"生物墨水"，即用于组织打印的生物材料，因为它与神经细胞具有生物相容性。纤维蛋白原和凝血酶都在凝血过程中发挥作用。纤维蛋白凝胶的高粘度使其难以打印，因此研究人员将其与透明质酸水凝胶混合，放入混合物中的NPC存活和成熟的数量更多，而加入另一种氢使他们的生物墨水比以前使用的生物墨水更柔软。研究人员没有采用传统的垂直叠层三维打印方法（这种方法需要厚层打印坚硬的生物墨水），而是通过水平打印一个薄层或细胞注入凝胶带，将其紧挨另一个薄层或细胞注入凝胶带，从而创建出图案化组织。为了防止打印带混合，研究人员在混合物沉积后立即使用凝血酶作为交联剂。虽然打印的细胞停留在指定的层内，但在打印后的两到五周内，神经元在层内和层间形成了功能性突触连接。张说："这种组织仍然有足够的结构来支撑在一起，但它又足够柔软，可以让神经元相互生长并开始对话。我们的组织保持相对较薄，这使得神经元很容易从生长介质中获得足够的氧气和养分。"研究人员尝试在生物墨水中使用不同的细胞组合打印脑组织。该研究的第一作者、华大麦迪逊分校张实验室的严元伟研究员"我们打印了大脑皮层和纹状体，我们的发现非常惊人，"张说。"即使我们打印了属于大脑不同部位的不同细胞，它们仍然能够以一种非常特殊和特定的方式相互对话。"研究人员说，他们的方法可以精确控制细胞的类型和排列，而器官组织和其他打印方法则无法做到这一点。而且这种打印技术不需要特殊的设备或培养方法来保持组织的健康，这意味着许多实验室都可以使用这种技术。张说："我们的实验室非常特别，因为我们能够在任何时候生产几乎任何类型的神经元，然后，我们几乎可以在任何时候以任何方式将它们组合在一起，有一个确定的系统来研究人类大脑网络是如何运作的。研究人员计划对生物墨水和设备进行改进，以便在打印组织中实现特定的细胞定向。"现在，我们的打印机是一台台式商业化打印机，"该研究的主要作者颜元伟说。"我们可以进行一些专门的改进，帮助我们按需打印特定类型的脑组织。"研究人员说，所打印的脑组织可用于研究唐氏综合征的细胞-细胞信号传导、健康组织与受阿尔茨海默氏症影响的组织之间的相互作用、测试新的候选药物，或者只是观察大脑的发育过程。这项研究发表在《细胞干细胞》杂志上。 ... PC版： 手机版：

利用3D打印的"球体" 替代软骨可以长成任何形状

利用3D打印的"球体" 替代软骨可以长成任何形状 为了说明新技术如何能培养出任何形状的软骨细胞，研究小组重新制作了维也纳工业大学的校徽形状科学家们正在研究如何制造人工替代材料，但目前看来没有什么能超越大自然本身的东西。因此，另一个潜在的解决方案是找到利用干细胞再生天然软骨的方法，但这也带来了其他问题，包括如何让干细胞以正确的形状生长，因为干细胞团经常会改变形状或缩小。在这项新研究中，维也纳工业大学团队开发了一种技术，可以将软骨样本培育成所需的任何形状，他们将软骨培育成该大学的校徽。创新的关键不在于干细胞，而在于将它们放入的容器微小、中空的3D打印"球体"，它们可以像积木一样相互连接，为内部的软骨干细胞提供支架。该研究的作者奥利弗-科平斯基-格伦瓦尔德（Oliver Kopinski-Grünwald）说："在显微镜下，你可以非常清楚地看到：相邻的球体生长在一起，细胞从一个球体迁移到另一个球体，反之亦然，它们无缝连接，形成一个没有任何空腔的封闭结构，这与迄今为止使用的其他方法形成了鲜明对比，在这些方法中，相邻的细胞团块之间仍然存在可见的界面。"可为软骨干细胞提供临时支架的 3D 打印球体的电子显微镜图像球体由一种生物相容性塑料材料制成，一开始能提供稳定性和结构，但几个月后就会分解，只留下理想形状的组织。研究小组表示，这将使软骨替代品更有效、更可定制。Kopinski-Grünwald说："最初的目标是生产出量身定做的小块软骨组织，以便在受伤后将其植入现有的软骨材料中。无论如何，我们现在已经能够证明，我们利用球形微型支架生产软骨组织的方法原则上是可行的，而且与其他技术相比具有决定性的优势。"软骨是这类工作的一个有吸引力的目标不仅因为它是一种人们经常有问题的组织，还因为它相对简单，而且不需要血管。研究人员说，如果能克服在这些定制生长的组织中加入血管这一难题，那么这种技术就能适用于骨骼等其他组织。这项研究发表在《生物材料学报》（Acta Biomaterialia）上。 ... PC版： 手机版：