生物活性材料:新型生物3D打印系统的研发

来源：遗传和发育生物学研究所，2022-03-02 08336006

3D生物打印技术利用3D打印机打印出含有细胞和生物材料的特定形状和结构的Bioink，是最有希望在体外制造人体器官的新兴技术之一。然而，目前的生物3D打印机技术还不能制造出具有生理功能和长期存活的复杂器官。主要原因是现有的bio-3D打印机只能在水平和垂直方向逐层打印细胞，无法实现细胞求和。

3D生物打印技术利用3D打印机打印出含有细胞和生物材料的特定形状和结构的Bioink，是最有希望在体外制造人体器官的新兴技术之一。然而，目前的生物3D打印机技术还不能制造出具有生理功能和长期存活的复杂器官。主要原因是现有的bio-3D打印机只能在水平和垂直方向逐层打印细胞，无法实现细胞和血管网的有机整合，导致打印出来的细胞缺乏营养供给，难以长期存活。此外，为了快速固定逐层打印的生物墨水，现有的生物3D打印技术需要在生物墨水中添加可固化的生物材料。虽然这些材料可以在短时间内固定细胞，但会显著影响细胞的存活和功能。

为解决上述问题，中国科学院发育生物学研究所王团队与英国曼彻斯特大学Charlie C.L. Wang团队和清华大学刘团队合作，创造性地将六轴机器人改造成生物3D打印机(六轴机器人生物打印机)。六轴机器人有六个关节，可以360度自由旋转，理论上可以在空间任意角度打印细胞(图A)。为了避免生物材料固定对细胞的负面影响，研究人员开发了一种基于油浴的细胞打印系统，即在矿物油的疏水力作用下，打印的细胞可以稳定地附着在生物支架的任何表面，不受重力影响，并自发地与生物支架和周围细胞形成紧密的连接。将两个新开发的系统结合起来，我们可以实现在复杂的血管支架上全方位打印细胞。打印出来的细胞存活率(98%)与人工操作相同，并能维持正常的细胞周期和生理功能。从组织和器官发育的角度，研究人员设计了一个循环的“打印-培养”器官制造方案。在血管支架上打印几层细胞后，共同培养一段时间，诱导打印的细胞形成功能性细胞间连接和新的毛细血管，然后进行新一轮的细胞打印。重复这个“打印-培养”的过程，可以使打印出来的组织中形成类似内脏的血管网，从而支持打印出来的组织和器官的长期存活。

利用上述技术和方案，研究人员在血管支架上进行了血管内皮细胞和心肌细胞的打印实验。六轴机器人生物打印机结合油浴细胞打印系统，可以在复杂的血管支架上打印出完整的内皮层，新生血管和毛细血管网可以借助血管生成因子生长(图B)；打印出来的心肌细胞可以在短时间内形成缝隙连接，长时间恢复并维持规则的搏动。研究人员通过循环“打印-培养”方案合作打印血管内皮细胞和心肌细胞，制造出具有毛细血管网络的心肌组织，可在体外存活并维持跳动功能6个月以上(图B)。利用六轴机器人生物打印机成本低、扩展性强等优势，研究人员进一步建立了由两个六轴机器人组成的协同打印平台，实现了复杂血管支架上各类细胞的快速有序协同打印(图C)。本研究报告的生物打印系统突破了传统生物3D打印的平面限制，为复杂组织和器官的体外制造提供了更可行的解决方案。(100yiyao.com)

版权声明

本网站标注“来源：百医网”或“来源：bioon”的文字、图片、音视频资料均属于百医网网站版权所有。未经授权，任何媒体、网站或个人不得转载，否则将承担责任。获得书面授权转载时，必须注明“来源：百医网”。其他来源的文章均为转载。本网站所有转载都是为了传递更多信息。转载不代表本网站的立场。不想被转载的媒体或个人可以联系我们，我们会立即删除。

87%的用户在随时阅读、评论、分享百医网APP。请扫描二维码下载-