科学家开发出可打印人体器官的“生物墨水”    

󰁍 2014-03-27 14:43 335人喜欢


虽然相关的医疗技术和器官捐赠情况已经大大进步,但是对于人体器官的需求仍然大大超过了捐助者的数量。现在这一问题有望彻底解决:使用3D打印技术打印出组织和器官——德国的研究人员已经开发出一种新的明胶生物墨水,可以通过3D打印技术制造出人工组织。

近日,位于斯图加特的Fraunhofer界面工程和生物技术研究所(IGB)宣称,他们的研究人员已经成功地开发出适合3D打印天然组织基质和活细胞的生物油墨。该物质主要来自于一种相当普遍的生物材料:明胶。明胶来源于胶原蛋白,是天然组织的主要成分。

研究人员对明胶的胶凝行为进行化学改性以形成适合3D打印的生物分子。与未改性的凝胶化明胶相比,生物油墨在打印过程中保持流体状态。当生物油墨用UV光照射时,发生交联和固化,以形成水凝胶——这是一种含有大量水(就像自然组织)的聚合物,但其在水溶液环境中是稳定的,而且当温度达到37℃(人体的平均温度)时,也相当稳定。

研究人员可以人工控制生物分子的化学改性,使所得到的凝胶具有不同的强度和膨胀特性,以此来模仿天然组织的属性——从固体软骨到柔软的脂肪组织。

斯图加特的科学家们也打印合成的原料以其作为细胞外基质的替代品,例如,有一种副产品是在固化后去除水凝胶后形成的,可以立即填充真正的细胞。

“我们的注意力倾注在发生“自然变化”的那一刻。这样,我们仍然非常接近原始材料。即使合成水凝胶的潜力很大,我们仍然需要学习了解当人造物质与细胞或自然组织之间可能发生的相互作用。我们基于生物分子的变体为细胞提供了接近天然的环境,因此,可以促进打印细胞的自组织行为,从而形成一个功能性组织模型。” IGB的Kirsten Borchers博士这样描述他们的实验方法。

在斯图加特实验室的生物打印机与传统的办公打印机有很多相似之处:墨水的存储系统和喷头都很类似。只有在仔细观察后才能发现差异,例如,为了保持一定的温度生物油墨的容器上设置了加热器。

“我们希望能加强与其它研究机构或公司的合作,同时使用各种油墨打印不同的细胞和基质。这样我们就可以越来越接近于复制复杂的结构和不同类型的组织。” Borchers说。

目前对于研究人员的一大挑战是制造带血管的组织,这种组织有自己的血管系统为其提供营养。IGB这方面的工作,是在欧盟支持的ArtiVasc 3D项目下面进行的。IGB与其他合作机构共同开发技术平台,该技术平台可以用合成材料产生微细血管、制造人工皮肤与皮下脂肪组织。

“这是完成3D打印组织或整个器官的关键一步。只有成功制造出能够通过血管系统补充营养的组织,我们才有可能进一步打压更大的组织结构。” Borchers说。


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