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3D打印活細胞技術(shù)為未來醫(yī)藥和替代動物測試鋪平道路

3D打印動態(tài)
2024
08/27
16:55
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南極熊導(dǎo)讀:自20世紀80年代3D打印技術(shù)問世以來,它不僅在制造業(yè)中占據(jù)了重要地位,還擴展到生物打印領(lǐng)域,允許我們打印人體器官和再生組織。這樣的技術(shù)進步將帶來怎樣的變化呢?


2024年8月27日,南極熊獲悉,意大利生物工程師Riccardo Levato博士等研究人員正在將這項技術(shù)推向一個令人興奮的新方向。

Levato博士是荷蘭烏得勒支大學(xué)醫(yī)學(xué)中心和烏得勒支大學(xué)生物制造與再生醫(yī)學(xué)副教授,他領(lǐng)導(dǎo)著一個跨國研究團隊,成員來自比利時、意大利、荷蘭、瑞典和瑞士。作為2021年至2025 年ENLIGHT研究計劃的一部分,他們正在開發(fā)由人類細胞制成的微型3D打印胰腺。

該項目的目標是提升糖尿病新療法測試的可靠性和準確性,并有望在未來實現(xiàn)實驗室培育用于人體移植的器官。這項研究不僅可能革新醫(yī)療領(lǐng)域,還可能推動不需要動物實驗的產(chǎn)品發(fā)展鋪平道路。


活體藍圖

這項研究的關(guān)鍵材料之一是干細胞。這些細胞能夠在接收到適當信號后,分化成各種不同類型的人體組織,例如肌肉細胞、血細胞和腦細胞。

最初的實驗?zāi)繕耸菫樘悄虿』颊咛峁⿴椭,實驗中使用了從干細胞中培養(yǎng)的胰島素生成細胞。然而,簡單地將這些細胞移植到患病的胰腺中只能提供短期的緩解。Levato說,這是因為這些細胞缺乏必要的支持。

△Riccardo Levato博士

他解釋說:“當你將這些細胞置于沒有結(jié)構(gòu)、沒有血管、沒有保護材料的環(huán)境中時,它們會隨時間而死亡。這種情況通常只維持幾年,然后你就必須重新進行移植!

Levato和ENLIGHT團隊正在嘗試通過3D打印技術(shù)來解決這一問題,目標是創(chuàng)造帶有血管的三維植入物,以支持細胞的長期存活。這一過程具有挑戰(zhàn)性,因為活細胞在傳統(tǒng)的3D打印過程中容易受損。

研究人員通過使用富含水的凝膠(即生物墨水)來解決這一難題。這種凝膠不僅可以攜帶和滋養(yǎng)細胞,還能在打印過程中提供必要的支持。隨后,他們需要引導(dǎo)細胞的分化過程,以確保器官能夠按照其遺傳“藍圖”正常發(fā)育。為此,他們使用了光技術(shù)來精確控制細胞的分化過程。

△相關(guān)生物3D打印示意圖(與本研究無關(guān))

3D打印干細胞

ENLIGHT研究人員開發(fā)了一種新穎的3D打印技術(shù),該技術(shù)通過光來塑造含細胞的生物墨水,而不是像傳統(tǒng)3D打印機那樣通過噴嘴擠壓,后者可能會損害細胞。

Levato解釋道:“我們使用光全息技術(shù)在某種介質(zhì)中創(chuàng)建一個物體的光學(xué)圖像。光全息技術(shù)是一種通過記錄和重建光波的干涉圖樣來獲取物體三維信息的方法。在這種3D光結(jié)構(gòu)中,培養(yǎng)基變成固體,而在其它區(qū)域則保持液體狀態(tài),因此可以將其清洗掉。細胞被包裹在類似于活組織中細胞外基質(zhì)的明膠狀物質(zhì)中!

接下來,研究人員將細胞暴露在特定波長的光下,促使細胞成熟為能產(chǎn)生胰島素的細胞。目前,團隊正在實驗室中測試這些植入物,研究人員希望這種3D打印類器官能夠在本世紀末之前成為標準藥物開發(fā)程序的一部分。

3D打印技術(shù)在生物醫(yī)藥和食品生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊,尤其是在減少動物實驗和生產(chǎn)可持續(xù)食品方面。特別是,研究人員正致力于開發(fā)經(jīng)濟高效的3D打印活體組織技術(shù),旨在創(chuàng)造出能夠真實模擬生物組織質(zhì)地的復(fù)雜結(jié)構(gòu),從而在醫(yī)療和食品行業(yè)中發(fā)揮重要作用。



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