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BioP3技術:通向生物3D打印人體器官的另一條路

時間:2015-01-01 00:54 來源:天工社 作者:中國3D打印網 閱讀:

    有一項新技術有可能引起醫療行業的革命,它有可能實現完整器官比如肝臟、胰腺或者腎臟的按需制造,以解決目前可移植器官短缺的問題。盡管雖然仍處于原型階段,但BioP3技術的開發人員已經獲得了來自美國國家科學基金會(NSF)支持資金,這使得他們更加接近實現自動器官打印。

    這個BioP3技術是由布朗大學生物工程師Jeffrey MorganWarren Alpert醫學院和羅德島醫院手術研究員Andrew Blakely博士共同開發的。這個“BioP3”技術中的P3,代表“拾取(pick)、地點(place)和灌注(perfuse)”。這項技術借鑒了制造電子元器件的高速流水線上的“拾取、放置”原則——在流水線上電子部件被拾取,然后精確地放置到位,以便形成一個整體。

      而在BioP3技術中,用于生成活體器官的是包含了幾千到幾百萬個活細胞的3D微組織。該設備拾取大型、復雜的多細胞構建成部件,然后將它們輸送到一個生成區,并精確將這些部件放置在所希望的位置,同時灌注他們(即使用穩定、連續的液體流,為它們帶來營養并帶走廢棄物)。

   “對于我們來說,這是令人興奮的,因為它是一個構建組織的新方法,很有可能用來制造器官——通過逐層將大型、復雜活體部件層積在一起!Morgan說。這種方法與3D生物打印技術不同,后者被認為最終能夠實現人體器官的人工制造。當前的3D生物打印技術主要涉及植入細胞的生物材料的逐層沉積,每次只能打印一滴。“我們的做法則要快得多,因為它使用了預裝配好的活體部件,該部件具有一定的功能形狀,而且每個部件的低級都千倍于單個細胞!Morgan說。

    Morgan的微成型技術將細胞植入無粘著力的微型模具,在微型模具里不同類型的細胞自組裝成預定的形狀,例如球形、桿形、類似甜甜圈的環性或蜂窩狀,最終形成微組織。使用BioP3技術,科學家將有可能通過將活體微組織結合起來構建出更大的組織。研究人員已經將關于BioP3技術的論文發表在了最新一期的《Tissue Engineering Part C》里。

    BioP3裝置看起來像一個小小的透明塑料箱,一個挑選出來的微組織被存儲在中央腔室中。一個噴嘴被連接到各種管子和一個顯微鏡般的臺子上,這個噴嘴主要用來通過吸力拾取微組織。然后操作人員可以精確地移動各個微組織部件到指定的地方,逐步建立一個3D生物結構。該微組織被封閉在液體和噴嘴內的管道產生液體吸力,使得噴嘴能夠拾取、攜帶、釋放活體微組織,并且不會對它們造成任何損壞。

經過一段時間,微組織結合在一起,形成了一個單一的結構!斑@個項目特別吸引我的地方是,它是大尺寸組織工程領域中一種前所未見的全新方法!Blakely說。

該論文展示了Blakely創建的多個不同的生物結構,包括一摞16個甜甜圈環和一摞個四個蜂窩狀結構。其中這一摞蜂窩體達到了一百萬個細胞,厚度超過2毫米,盡管這么多細胞對于一個完整的器官而言仍然遠遠不夠,但證明了該蜂窩體具有與人類器官一致的器官密度。

生物工程化組織的蜂窩體可以堆疊并組織成更大的活體結構。 圖片:布朗大學

BioP3裝置的原型主要是從家得寶購買的零部件組裝而成的,成本不到200美元,但由于它是手工操作,所以Blakely花了1個小時才堆起來薄薄的16個“甜甜圈環”。開發人員希望以后這些過程能夠自動完成,不僅能夠提高構建速度,而且可以獨立精確地組裝大型、高密度的組織。

幸運的是,20149月份,研發團隊獲得了來自美國國家科學基金會一筆140萬美元、為期三年的資助。研究人員將會把這筆資金用于實現該技術的自動化,并將其用于研究如何構建大型的活體組織、它們在較長一段時間里將如何表現、以及他們的形狀將如何演變等。

“我們只是剛剛了解我們可以制造什么樣的活體組織,以及這種活組織如何用來設計結構中的血管網絡!Morgan說!爸圃煲粋器官是生物醫學工程的巨大挑戰,我們已經朝著這個方向邁出了顯著的一步。”

(責任編輯:admin)

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