生物打印:3D打印机中的活细胞
来源：ScienceDaily |翻译：聚生物
日期：2019年10月21日
资料来源：维也纳科技大学
总结：一种高分辨率的生物打印工艺已经开发出来：细胞现在可以嵌入到一个具有微米精度的3D矩阵中——以每秒1米的打印速度，比以前可能的速度快几个数量级。组织生长和细胞的行为可以通过在一个精细的三维框架中嵌入细胞来控制和研究。这是通过所谓的“生物打印”技术实现的。
组织生长和细胞行为可以被控制和研究，特别是通过将细胞嵌入一个精致的三维框架。这是通过添加3D打印方法实现的——所谓的“生物打印”技术。然而，这涉及到许多挑战:一些方法非常不精确，或者只允许一个非常短的时间窗口，在这个窗口中细胞可以被处理而不被损坏。此外，所使用的材料在处理期间和之后的三维生物打印过程必须是细胞友好的。这限制了可能材料的多样性。
维也纳材料科学与技术研究所(TU Wien)开发了一种全新材料的高分辨率生物冲洗工艺：由于3D打印机的特殊“生物墨水”，细胞现在可以嵌入到以微米精度打印的3D矩阵中--以每秒一米的速度打印，比以前的速度快几个数量级。
环境问题
材料科学与技术研究所（Tu Wien）3D打印和生物制造研究小组负责人Aleksandr Ovsianikov教授说：“细胞的行为在很大程度上取决于其环境的机械、化学和几何特性。”植入细胞的结构必须能渗透营养物质，这样细胞才能生存和繁殖。但重要的是，这些结构是否是刚性的或柔性的，它们是稳定的还是随着时间的推移而退化。”
首先可以产生合适的结构，然后用活细胞将其定殖——但这种方法很难将细胞深置于支架内，而且很难实现细胞均匀分布。更好的选择是在制作3D结构的过程中将活细胞直接嵌入其中——这种技术被称为“生物打印”。
如今，在显微镜下打印精细的3D物体已不再是问题。然而，活细胞的使用给科学带来了全新的挑战:“到目前为止，仅仅是缺乏合适的化学物质，”亚历山大·奥夫西安尼可夫(Aleksandr Ovsianikov)说。“你需要液体或凝胶，在你用聚焦激光束照射它们的地方精确地凝固。然而，这些物质不能对细胞有害，整个过程必须极其迅速。”
双光子聚合法
为了获得极高的分辨率，双光子聚合方法已在大连使用多年。这种方法使用了一种化学反应，这种反应只有在材料的一个分子同时吸收激光束的两个光子时才会开始。这只有在激光束强度特别高的情况下才有可能。在这些情况下，这种物质会变硬，而在其他任何地方它都保持液态。因此，这种双光子方法最适合制造精度极高的超精细结构。
然而，这种高分辨率技术的缺点是速度非常慢——通常在微米或每秒几毫米的范围内。然而，在维也纳理工大学，对细胞友好的材料可以以每秒1米以上的速度进行加工，这是向前迈出的决定性一步。只有在几个小时内完成整个过程，细胞才有可能存活并进一步发育。
更多新选项
“我们的方法为适应细胞的环境提供了许多可能性，”Aleksandr Ovsianikov说。根据结构的建造方式，它可以变得更硬或更软。即使是精细的，连续的渐变也是可能的。通过这种方式，可以准确地定义结构的外观，以便允许所需的细胞生长和细胞迁移。激光强度也可以用来确定结构随着时间的推移会有多容易退化。
Ovsianikov确信，这是细胞研究的重要一步：“使用这些3D支架，可以以以前无法达到的精度研究细胞的行为。研究疾病的传播是可能的，如果使用干细胞，甚至有可能以这种方式生产定制的组织。”
该研究项目是一项国际和跨学科合作，涉及三个不同的维也纳研究所：Ovsianikov研究小组负责印刷技术本身，应用合成化学研究所开发了快速和细胞友好的光引发剂（在照明时启动硬化过程的物质），轻量级结构和结构生物力学研究所分析了印刷结构的力学性能。
Story Source:
Materials provided by Vienna University of Technology. Note: Content may be edited for style and length.
Journal Reference:
- Agnes Dobos, Jasper Van Hoorick, Wolfgang Steiger, Peter Gruber, Marica Markovic, Orestis G. Andriotis, Andreas Rohatschek, Peter Dubruel, Philipp J. Thurner, Sandra Van Vlierberghe, Stefan Baudis, Aleksandr Ovsianikov. Thiol–Gelatin–Norbornene Bioink for Laser‐Based High‐Definition Bioprinting. Advanced Healthcare Materials, 2019; 1900752 DOI: 1002/adhm.201900752
郑重声明：本网所有文章（包括图片和音视频资料）系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源和作者。不希望被转载的媒体或个人可与我们联系，我们将立即进行删除处理。所有文章版权归原作者所有,且仅代表作者观点，不代表本站立场。如作者信息标记有误，请第一时间联系我们修改或删除，谢谢。