小说生物打印方法提高细胞密度和组织的决议

一队加利福尼亚圣地亚哥大学的研究人员已经取得了显著的进步解决一些最棘手的挑战在生物打印3 d-engineered组织会议的关键需求高细胞密度、细胞生存能力和精细的加工分辨率高。

加州大学圣地亚哥分校的研究由纳米工程师雅各布斯工程学院发表在2月22日,2023年科学的进步。

生物打印是基于3 d打印技术,使用创建生物结构和组织细胞和生物聚合物。3 d-engineered组织-锆然而功能类人组织活细胞和生物材料支架——生物医学应用潜力巨大,包括药物测试和开发、器官移植、再生医学、个性化医疗、疾病建模等等。他们的使用可以显著的速度和完整性添加到药物开发的过程,以及帮助减轻相关的挑战也极为短缺和免疫排斥。

的一个最有前途的类型3 d-bioprinting叫做数字光处理(DLP)生物打印。在这个分支3 d-bioprinting,已经被实践和技术障碍阻碍进步。已经被证明很难打印组织高细胞密度和精细结构解决。

“印刷后,我们的文化构造允许细胞成熟或重组成有功能的组织。因此,细胞就像一粒种子,每个细胞都有一个特定的密度在他们最有力的萌芽,“Shaochen Chen说纳米工程教授领导的研究小组。

使用现有的方法,更密集bioink细胞的存在,这是一种生物相容性的聚合物用于DLP-based 3 d生物打印,光散射,阻碍打印分辨率。

研究人员这光散射效应降低了10倍,让他们打印高细胞密度和高分辨率由于造影剂iodixanol, bioink新的成分。

“使用iodixanol,我们开发了一种屈光index-matched bioink DLP-based生物打印为减轻细胞的光散射,集中精力在用户定义的光带改善印刷富达,“Shangting你们说,加州大学圣地亚哥分校纳米工程博士后研究员,陈的小组成员和co-first研究论文的作者。

近20年来,陈的实验室发展的帮助引导DLP-based 3 d打印技术和生物打印技术,帮助创建现代3 d生物制造的基础。

它是如何工作的

DLP-based 3 d生物打印使用数字微镜器件(DMD)项目三维模型的二维截面的photo-crosslinkable bioink。曝光时,photocrosslinkable bioink,可以合成或自然凝固。然后,电梯机动阶段bioink几十微米到200微米,它允许未硫化的bioink来补充这一缺口。当第二横截面bioink预计,一个新层凝固过程重复。

当一切顺利,新形成的层精确匹配投影截面的形状。然而,与现有的方法,将细胞bioink可以引起严重的光散射,bioink投射光,模糊了。因此,新形成的层不能复制投影截面的细节。

调优的折射率bioink最小化这种散射效应,大大提高了制造。陈实验室的研究显示,50 ~µm特征尺寸可以通过refractive-index-matched明胶丙烯酸甲酯(GelMA) bioink细胞密度高达01亿/毫升。

这种方法引入了一些新颖的技术创新,包括中空的有机血管网络嵌入cell-laden厚组织,使其灌注和长期文化,雪片,形状展示正面和负面的高分辨率特性。

该项目并非没有挑战。“我们已经开发出各种bioink材料和一些协议来处理它们,”易湘说,加州大学圣地亚哥分校的纳米工程博士生,陈的小组成员和co-first研究论文的作者。“但再印刷时间更大的组织,任何不一致和不稳定的细胞和生物材料被放大。因此,我们不得不修改和优化材料成分和处理过程。”

这个项目标志着首次使用iodixanol bioink DLP生物打印,在高细胞密度和长间隔的接触。“我们进行了一系列生物调查来评估这种影响和开发了一些全程序sufficientlydissipate iodixanol,“香说。

与打印分辨率由iodixanol改善,高细胞密度,pre-vascularized组织的总体规模17 x 11 x 3.6毫米³也是伪造的。

“体外文化这样一个厚的组织受到有限的氧气和营养物质扩散,”陈说。“我们能够打印perfusable血管腔嵌入到组织µm直径从250到600µm,这是界面上的灌注系统长期的文化。我们证明,血管腔endothelialized, 14天的厚组织仍然可行的文化。”

下一个步骤

团队继续致力于优化其材料系统和生物打印参数功能上覆盖着厚厚的组织制造和提起临时专利这项工作。

陈进一步下一步建议包括发展中结构精确,高细胞密度在体外组织模型改进的组织学和功能重演,着眼于高细胞密度large-tissue印刷在人体组织和器官移植和替换。

参考:你年代,湘Y,黄HH,等。高细胞密度和高分辨率的3 d生物打印制作血管组织。科学的广告v . 2023; 9 (8): eade7923。doi:10.1126 / sciadv.ade7923

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