新型生物墨水促进3D打印肌肉组织的生长和再生

新型生物墨水促进3D打印肌肉组织的生长和再生生成类似本地的肌肉组织是一项棘手的工作。肌肉组织由多种不同类型的细胞组成，肌肉周围的环境受复杂的生化和生物力学途径调节，包括炎性细胞因子和生长因子，它们能维持内部稳定并支持组织修复。目前，修复因创伤、疾病或手术而受伤或丧失的肌肉需要将健康的肌肉转移到受影响的部位，这种技术称为自体转移。这种方法并不理想，因为它会对取自健康组织的部位产生负面影响，而且神经支配不良等并发症也会阻碍肌肉功能的恢复。现在，洛杉矶寺崎生物医学创新研究所（TIBI）的研究人员发明了一种新型改良生物墨水，用于增强3D打印骨骼肌结构，克服自体转移的局限性。正常骨骼肌的发育是一个渐进的过程，它依赖于肌母细胞（肌肉细胞前体）融合在一起形成肌管，最终成为肌肉纤维。这一过程被称为肌生成。因此，在肌肉工程中，确保成熟的肌肉细胞在结构上排列整齐并提高其存活率，从而保持其功能至关重要。为了模拟肌肉生成，研究人员利用了他们专门配制的生物墨水中的一种关键成分：胰岛素样生长因子-1（IGF-1），这是一种分子结构类似于胰岛素的激素，与生长激素一起对骨骼和组织的正常生长发育至关重要。这种生物墨水由一种名为明胶甲基丙烯酰（GeIMA）的生物相容性明胶基水凝胶、成肌细胞和涂有IGF-1的聚乳酸丙烯酸酯（PLGA）微粒组成，目的是在微粒降解时缓慢释放激素。聚乳酸-聚乙二醇酸（PLGA）具有持续释放特性、低毒性和生物相容性，是最有效的可生物降解聚合物纳米颗粒之一。生物墨水的对照版本不含IGF-1。研究人员发现，生物打印肌肉构建体三天后，肌母细胞仍然存活，证实打印过程没有损伤细胞。他们观察到肌母细胞排列增强，肌母细胞融合形成肌管，在含有IGF-1的构建体中，肌管明显更长更宽。在PLGA/IGF-1条件下，肌管覆盖了25%的面积，而在对照条件下，这一比例不到16%。如下视频所示，在生物打印后10天左右，成型组织开始自发收缩，收缩力足以撼动水凝胶基底。在含有持续释放的IGF-1的区域，收缩的幅度明显更大。研究人员随后将三维打印的肌肉结构植入小鼠体内。六周后，接受了IGF-1持续释放构建体的小鼠显示出最多的肌肉组织再生。他们总结说，这项研究的结果有力地表明，他们的新型生物墨水可以形成一种与原生肌肉组织非常相似的收缩三维结构。"IGF-1的持续释放促进了肌肉细胞的成熟和排列，这是肌肉组织修复和再生的关键一步，"该研究的通讯作者AliKhademhosseini说。"利用这种策略治疗性地创建功能性收缩肌肉组织具有巨大潜力。"该研究发表在《大分子生物科学》（MacromolecularBioscience）杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1380579.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1380579.htm

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：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1416237.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1416237.htm

新型超声波技术可用于在体内3D打印植入物

新型超声波技术可用于在体内3D打印植入物打印在心脏模型内的固化声墨结构（红色）亚历克斯-桑切斯，杜克大学；姚俊杰，杜克大学；Y.ShrikeZhang，哈佛大学医学院只要树脂暴露在光线下，它就会聚合（凝固），而容器中的其他树脂则保持凝胶状态。通过移动光源，使其照射到树脂的不同部位，就可以逐渐制作出非常精细的三维物体。体积打印的限制因素之一是，要使光源到达目标，容器和树脂必须是透明的。由于人体皮肤和生物组织几乎是不透明的，光线只能透过它们到达几毫米的范围。这就意味着，目前这种技术还不能用于在体内制造植入物。考虑到这一限制，杜克大学和哈佛大学医学院的科学家们发明了一种基于声音的新技术，称为深穿透声学体积打印（DVAP）。这种技术不使用光敏树脂，而是使用一种生物相容性超声"墨水"--称为超声墨水--这种墨水在吸收超声脉冲时会升温，然后凝固。可以想象，将这种粘稠的墨水注入人体需要植入的部位，然后暴露在由外部探头战略性聚焦发出的深层超声波中。一旦植入物本身聚合成所需的形状，任何残留的墨水都可以用注射器从体内取出。根据预期的应用，声波墨水可以配制成长效或可生物降解的形式，也可以模仿不同类型的生物组织，如骨骼。在这个例子中，DAVP被用来关闭山羊心脏的左心房附壁，从而降低了在心脏内部形成血栓的风险杜克大学的姚俊杰；哈佛大学医学院的张世玉在迄今为止进行的实验室测试中，科学家们已经利用DVAP技术封闭了山羊心脏的一部分（治疗非瓣膜性心房颤动时需要），修复了鸡腿上的骨骼缺损，并在肝脏组织内打印出了化疗药物分配水凝胶。杜克大学副教授姚俊杰说："由于我们可以通过组织进行打印，这使得传统上涉及侵入性和破坏性方法的外科手术和治疗有了很多潜在的应用。这项工作为3D打印领域开辟了一条令人兴奋的新途径，我们很高兴能共同探索这一工具的潜力。"有关这项研究的论文最近发表在《科学》杂志上。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1403075.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1403075.htm

新型机器人系统可将细胞3D打印到体内器官上

新型机器人系统可将细胞3D打印到体内器官上目前，生物打印主要用于研究和开发新药。它需要使用大型3D打印机来创建构造物，然后通过手术植入体内，这有其自身的风险，包括组织损伤和感染的风险。因为生物材料通常是柔软、脆弱的结构，它们有可能在植入过程中被人工损坏。使用外部创建的三维构建体的另一个常见挑战是，构建体和它被植入的组织表面之间可能会出现不匹配。将生物材料直接植入目标组织提供了一个有希望的解决方案。新南威尔士大学的工程师们已经开发出一种微型、灵活的软体机械臂，可以像内窥镜一样插入体内，将生物材料直接送到器官和组织的表面。这个被称为F3DB的概念验证装置是由外部控制的，包括一个长而灵活的机械臂，在其末端有一个高度可操作的旋转头，通过一个微型多方向的喷嘴"打印"生物墨水。该研究的通讯作者ThanhNgoDo博士说："现有的3D生物打印技术需要在体外制作生物材料，将其植入人体内通常需要进行大型的开放性手术，这增加了感染风险。我们灵活的3D生物打印机意味着生物材料可以用一种微创的方法直接送入目标组织或器官。原型能够通过密闭和难以到达的区域3D打印多层生物材料和不同的尺寸和形状，这要归功于它灵活的机身。"一旦F3DB在一个区域完成了打印，它可以被引导到另一个地方，再次开始这个过程。这意味着该设备可用于打印大面积的生物材料，包括结肠、胃、心脏和膀胱等器官的整个表面，这是目前生物打印设备无法做到的。工程师们在体外的平面和曲面上测试了F3DB，包括在人工结肠内和猪的肾脏表面，使用巧克力、复合凝胶和生物材料精确打印不同的形状。重要的是，他们发现细胞没有受到打印过程的影响，而且在打印之后，大部分细胞仍然活着。除了打印生物材料外，该设备还像普通的内窥镜设备一样运作，使用水柱清洁结构，标记病变，解剖组织。该研究的主要作者MaiThanhThai说："与现有的内窥镜手术工具相比，开发的F3DB被设计成一个多合一的内窥镜工具，避免了使用通常与更长的手术时间和感染风险有关的可更换的工具。"目前，还没有商业化的设备可以打印到内部组织和器官上。F3DB背后的团队说，随着进一步的开发，该设备应该在5到7年内就可以供医疗专业人士使用。该研究发表在《先进科学》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1347049.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1347049.htm

农业废弃物制成的3D打印墨水可能使培养人造肉的过程成本更低

农业废弃物制成的3D打印墨水可能使培养人造肉的过程成本更低不用说，这些支架必须由可食用的材料制成。一种选择是使用动物副产品，如胶原蛋白或明胶，尽管这样做首先与购买无公害的培养肉相抵触。另一种方法是使用合成材料，但这些材料可能很昂贵。为了寻求一种非动物的低成本替代品，来自西交利物浦大学和新加坡国立大学的科学家们将目光投向了农作物废料。他们将从大麦或黑麦壳中提取的被称为原蛋白的谷类蛋白质与一种玉米蛋白结合起来，创造出一种可食用的3D打印墨水。然后，这种墨水被用来构建支架，用于生产培养的小鼠肉（这只是一个实验）和猪肉，加入甜菜汁是为了让肉有更自然的外形。原蛋白/玉米蛋白-水墨支架生产过程示意图研究人员发现用丙稀酰胺/玉米素墨水制作的支架与用聚己内酯（一种相当昂贵的可生物降解的聚酯）打印的支架性能相当。科学家们现在还在研究如何利用植物成分作为培养肌肉细胞的营养介质，这可以进一步降低生产成本。西交利物浦大学的孙杰教授说："这是一个大规模生产培养肉的新颖和颠覆性想法。利用食物垃圾中的营养物质来打印支架，不仅可以利用和提高食物垃圾的价值，还可以减轻畜牧业对环境的压力。"有关这项研究的论文最近发表在《先进材料》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1335391.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1335391.htm

生物 3D 打印神经构建体用于复杂组织再生 上海团队取得新进展

生物3D打印神经构建体用于复杂组织再生上海团队取得新进展近日，中国科学院上海硅酸盐研究所研究员吴成铁带领研究团队，在生物3D打印神经构建体用于复杂组织再生方面取得新进展。研究团队基于锂、钙、硅元素的促神经分化及神经保护作用，开发了基于Li-Ca-Si（LCS）生物陶瓷的生物墨水，并将其与神经干细胞结合，通过生物3D打印技术制备一种功能化的神经构建体。研究发现LCS基生物墨水释放的多种活性离子能够通过PI3K-AKT通路促进神经干细胞向神经元方向分化并诱导神经元成熟，展现出优异的神经调控活性。(澎湃新闻)