醫(yī)療技術(shù)公司Fluicell的科學(xué)家已經(jīng)與臨床研發(fā)公司Cellectricon 和瑞典 卡羅林斯卡學(xué)院 大學(xué)合作， 將神經(jīng)細(xì)胞3D生物打印成復(fù)雜的圖案。
使用Fluicell Biopixlar平臺上的微流控打印頭，研究人員能夠在3D結(jié)構(gòu)內(nèi)準(zhǔn)確排列大鼠腦細(xì)胞，而不會(huì)損害它們的生存能力。產(chǎn)生的腦組織可用于模擬神經(jīng)系統(tǒng)疾病的進(jìn)展或測試相關(guān)藥物的功效。
Cellectricon首席執(zhí)行官M(fèi)attias Karlsson說：“我們一直在使用Biopixlar來開發(fā)用于打印不同神經(jīng)元細(xì)胞類型的協(xié)議，我們對其性能感到非常滿意?！?“這項(xiàng)激動(dòng)人心的技術(shù)有可能為廣泛的中樞性和PNS相關(guān)疾病的體外建模開辟全新的途徑?！?/p>
利用Fluicell的Biopixlar平臺，科學(xué)家們設(shè)法精確地3D打印了一系列基于細(xì)胞的結(jié)構(gòu)（如圖）。
Fluicell的精密印刷工藝
Fluicell于2012年從查爾默斯科技大學(xué)拆分出來，于2019年11月選擇與Biopixlar一起推出其第一臺生物 打印機(jī)。該機(jī)器被稱為“多合一發(fā)現(xiàn)平臺”，能夠在一次運(yùn)行中打印多個(gè)不同的單元，同時(shí)保持較高的精度和分辨率。
Fluicell的系統(tǒng)包括機(jī)械臂，電動(dòng)平臺和游戲手柄界面，允許用戶手動(dòng)放置和放置細(xì)胞。該機(jī)器提供的精確度使其具有潛在的薄頁印刷應(yīng)用程序，并且自推出以來，該公司一直在尋求展示其臨床能力。
在一次這樣的演示中，該公司與Cellectricon簽署了beta協(xié)議，旨在通過該協(xié)議評估其技術(shù)在神經(jīng)研究中的使用情況?？紤]到繪制腦部疾病圖譜通常需要使用多種細(xì)胞類型，合作伙伴認(rèn)為Biopixlar可用于改善患者的預(yù)后。
先前的打印人造組織的方法集中在基于擠壓或激光的方法上，其中許多方法需要使用犧牲凝膠來限制其準(zhǔn)確性。相反，使用微流體過程，F(xiàn)luicell小組發(fā)現(xiàn)他們能夠精確控制沉積的細(xì)胞，而不會(huì)抑制其生長。
Biopixlar的微流體噴嘴（如圖所示）使研究小組能夠?qū)?xì)胞進(jìn)行再循環(huán)，并使其在測試過程中達(dá)到較高的準(zhǔn)確性。
對Biopixlar打印機(jī)進(jìn)行Beta測試
Biopixlar的主要優(yōu)勢在于，它具有一個(gè)帶有三個(gè)獨(dú)立腔室的打印頭，并且在測試過程中，該團(tuán)隊(duì)能夠避免交叉污染。這些細(xì)胞還被限制在再循環(huán)流中，這意味著它們只有在與表面附著在一起足夠牢固地相互作用時(shí)才被沉積。
使用這種方法，科學(xué)家們能夠收集和再利用任何未附著的細(xì)胞，同時(shí)保持對細(xì)胞圖案的高度控制。此外，通過仔細(xì)的壓力平衡，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)他們可以實(shí)時(shí)調(diào)整組織的比例和布局，從而使過程具有極大的適應(yīng)性。
在更高級的測試中，研究人員將成人皮膚和癌細(xì)胞都打印到了2D組織中，其存活率超過99％。一旦暴露于視黃酸（RA）皮膚藥物，癌細(xì)胞產(chǎn)生腫瘤的CK 10蛋白就下降了25％，這證明了該組織在臨床研究中的潛力。
通過使用聚賴氨酸（PLL）作為細(xì)胞“膠水”附著這些2D組織中的幾個(gè)，該團(tuán)隊(duì)最終能夠?qū)⑺鼈兎謱映苫畹哪X癌模型。據(jù)科學(xué)家稱，他們新穎的基于PLL的方法表明Biopixlar具有足夠的非侵入性和精確性，可以保證將其廣泛用作診斷工具。
生物打印軟組織結(jié)構(gòu)
盡管全尺寸的3D打印人體器官距離現(xiàn)實(shí)還差很多年，但科學(xué)家們已經(jīng)在制造用于特定目的的較小組織方面取得了重大進(jìn)展。
例如，清華大學(xué)的研究人員還進(jìn)行了3D生物打印的大腦樣組織，能夠培養(yǎng)神經(jīng)細(xì)胞。在將它們的加成結(jié)構(gòu)注入實(shí)驗(yàn)大鼠的皮層后，研究小組發(fā)現(xiàn)它們能夠形成刺激響應(yīng)電路。
另一方面，3D生物打印公司T＆R Biofab與制藥公司HK inno.N合作制造了一系列人造皮膚“測試對象”。細(xì)胞結(jié)構(gòu)是對不同皮膚疾病藥物有效性的深入研究計(jì)劃的一部分。
在其他地方，美國大學(xué)的一個(gè)協(xié)作小組采用了不同的方法，并開發(fā)了一種直接在體內(nèi)對組織進(jìn)行3D生物打印的方法。該團(tuán)隊(duì)的流程基于一種新穎的生物墨水，該墨水能夠體外構(gòu)建細(xì)胞，從而消除了任何潛在的手術(shù)并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)。
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