最近的一篇论文发表在杂志上生物材亚博网站下载料回顾了三维生物打印的新进展(3)类似的再生治疗不同的器官系统。
研究:先进的3 d生物打印的组织/器官再生医学和体外模型。图片来源:luchschenF / Shutterstock.com
背景
器官/组织短缺已成为医学领域的一个重大的挑战,由于病人免疫排斥和供体稀缺。此外,模拟或预测人类疾病动物模型的条件是困难的临床前试验中由于动物和人类之间的疾病表型的差异。
3获得了类似的高度重视,作为一种高效多学科技术制造3 d生物组织与复杂的组成和结构。这个技术允许精确装配和沉积的生物材料与捐赠者/病人的细胞,导致成功制造器官/组织如结构、临床移植、体外模型。亚博网站下载
在这项研究中,研究人员回顾了3类似策略目前在八个器官系统用于再生疗法,包括泌尿系统、呼吸系统、胃肠道、外分泌和内分泌、皮肤、骨骼、心血管和神经系统。研究人员还集中在3制造类似体外模型的应用。讨论了原位3类似的概念。
常见的生物打印技术用于3类似
挤压生物打印
在这个广泛使用低成本的生物打印方法,使用旋转螺旋齿轮或压缩空气不随温度或挤压热塑性或半固体材料的连续流。不同的材料可以使用这亚博网站下载个印刷速度高的制造技术。然而,细胞生存能力低,需要后期处理的主要缺点是挤压生物打印。
喷墨生物打印
在这种方法中,液滴喷射在衬底声或热的力量。制造高速度、小液滴体积,在制作3 d互连micro-porosity梯度结构是该技术的主要优点。然而,有限的印刷材料和堵塞的最大缺点是喷墨生物打印亚博网站下载。
激光辅助生物打印
用激光诱导的正向传递生物材料在固体表面激光辅助生物打印方法。亚博网站下载高细胞生存能力和nozzle-free非接触激光辅助生物打印的最大优点是过程,而金属粒子污染和印刷过程的耗时的性质是主要的缺点。
3在类似的应用不同的器官系统再生疗法
神经系统
进行了几项研究涉及神经组织的发展使用3方法类似。的压力挤压/注射器挤压(PE / SE)生物打印技术用于中枢神经组织(CNS)组织替代。分层多孔结构制造使用胶质细胞使用人类诱导多能干细胞(iPSC)和一种新型bioink基于琼脂糖、海藻酸、羧甲基壳聚糖(CMC)突触形成网络并显示bicuculline-induced增强钙的反应。
同样,有限元(SLA)被用来制造3 d支架对中枢神经系统和支架的可行性评估为再生医学的应用。分层线性巩膜印刷使用聚(乙二醇)diacrylate-gelatin丙烯酸甲酯(PEGDA-GelMA)和老鼠E14灯头神经祖细胞(npc)。3 d支架恢复了突触联系和显著提高功能的结果。环己烷用于债券在交联聚苯乙烯纤维矩阵束终端。
心血管系统
多光子激发三维印刷(MPE-3DP)是用于心肌组织的再生。一层结构制造使用GelMA /钠4 - [2 - (4-morpholino) benzoyl-2-dimethylamino] -butylbenzenesulfonate (MBS)和人类hciPSC-derived心肌细胞(CMs),内皮细胞(ECs)和平滑肌细胞(smc)。交联是由光敏化。提升机电耦合结构和改进的细胞增殖、血管和心脏功能。
熔融沉积成型(FDM)和PE / SE生物打印方法被用于复杂的组织和器官再生。微流体网络的心脏形状结构制造使用聚乙烯醇(PVA)、琼脂糖、海藻酸钠,富含血小板血浆和老鼠H9c2细胞和人类脐静脉内皮细胞(HUVECs)。2%二氯钙期间使用交联机制。装配式结构拥有情人的心空洞的机械性能和自我界定的高度。
SE印刷术是用来制造一个capillary-like网络使用胶原蛋白类型1 /黄原胶和人类成纤维细胞在血管和ECs应用。制作网络拥有内皮纤维母细胞层之间的网络和发芽。
骨骼系统
骨、软骨和骨骼肌肉组织可以修复和再生使用3类似的技术。例如,FDM印刷打印多功能治疗支架用于治疗骨骼。Filopodial预测制造使用聚乳酸(PLA)平台含有透明质酸(HA) /氧化铁纳米粒子(离子)/二甲胺四环素和mg - 63和人类骨髓基质细胞(hBMSCs),这提高了离子和HA的成骨的刺激。yabo214
PE / SE方法被用来制造磁盘和摘要支架使用α-磷酸三钙(TCP)微凝胶和人类胎儿成骨细胞(hFOB)和骨骨髓来源间充质干细胞(BM-MSC)骨修复,多细胞交付,和疾病模型。促进骨生成的装配式结构。
PE / SE生物打印也用来制造复杂的多孔分层cartilage-like结构使用海藻酸/明胶/公顷,大鼠骨髓间充质干细胞(bmsc),和牛心脏祖细胞(年度"特别关注国")透明软骨再生。年度"特别关注国"调节基因表达的蛋白多糖4 (PRG4) SRY-box转录因子9 (SOX9)和胶原蛋白II。
PE / SE印刷也用于制造多核,highly-aligned肌小管结构使用聚氨酯(PU),聚(ε-caprolactone) (PCL),和鼠标C2C12成肌细胞和NIH / 3 t3成纤维细胞原位扩张和骨骼肌肌腱分化。装配式结构显示超过80%与初始组织分化细胞生存和发展。
皮肤系统
SLA生物打印技术被用来制造双层结构epidermis-like使用胶原蛋白I型结构,鼠标NIH 3 t3成纤维细胞和角质化细胞是人体组织模型和工程。装配式结构有效地模仿组织功能。
同样,体育是用来制造微孔结构使用人类羊膜间充质干细胞(AFSCs)和heparin-HA-PEGDA伤口愈合。构造改善伤口关闭和reepithelialization,增加合成细胞外基质和血管化,延长细胞旁分泌活动。
PE技术利用准备一个多层cornea-like结构使用人类,可见和丙烯酸甲酯胶原蛋白(ColMA)海藻酸。细胞的生存能力,可见印刷后从90%下降到83%。
胃肠道、呼吸道和泌尿系统
PE / SE生物打印用于bioprint多层肝脏,就好像使用GeIMA结构和人类HepG2 / C3A肝组织工程。同样,肝细胞也打印制作多个器官前体与分支血管。小肠模型与改善肠道功能和高细胞增殖捏造使用caco-2 cell-loaded聚乙烯醋酸乙烯酯(浴帘)脚手架。
球状体的间充质干细胞(msc)和软骨细胞和肺内皮细胞被用来制造scaffold-free气管移植手术。植入后在大鼠模型中,显示的球状体成熟优秀的血管生成,软骨形成和机械强度。FDM技术被用来制造使用人类万能和肾脏的肾小球结构水凝胶和中空多孔网络使用保利(lactic-co-glycolic酸(PLGA) / PCL /尿道肿瘤相关内皮细胞(tec)。
原位生物打印
在原位生物打印,组织是直接印在特定的缺陷或伤口网站在体内再生和修复治疗。这种方法提供了一个良好定义的结构,减少之间的差距host-implant接口。原位生物打印比体外生物打印技术作为病人的身体,作为一种天然的生物反应器,提供了一种自然的微环境。
几项研究已经评估这对组织再生技术。例如,PE / SE方法被用于皮肤组织再生在猪和小鼠使用纤维蛋白/胶原/ HA和人类成纤维细胞。Skin-laden表一致的成分、厚度和宽度对生物材料的快速交联形成。PE / SE技术也被用于小鼠的神经组织再生利用琼脂糖/ CMC /海藻酸和人类万能。
生物打印的体外模型
体外模型提供了重要的援助在理解治疗和疾病的病理生理学机制。最近,人体组织和器官的体外模型使用3类似工程安全评估技术和药物测试。
结论和未来的前景
3类似的器官和组织,生物材料扮演着重要的角色在维持细胞生存能力,提供支持和长亚博网站下载期接受。具体来说,bioinks必须具备独特的属性,如细胞生长促进和结构稳定性,可以优化供临床使用。此外,必须兼容打印机bioinks高精度快速原型。
Bioinks满足所有这些需求尚未确定。此外,在结构的生物打印管理时间是另一个重大挑战,因为制造他们所需的时间往往超过细胞的存活时间。生物反应器平台支持瀑样组织重塑增长和提供时间可以用来克服这一挑战。伦理挑战和问题也是一个障碍因为编造内部组织/器官可能导致责任和生物安全问题。
在未来,3可以为工程师提供新颖的解决方案类似器官/组织和现代医学及卫生保健改革如果可以解决这些挑战。
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源
Jain, P。Kathuria, H。,Dubey:先进的3 d生物打印的组织/器官再生医学和体外模型。生物材亚博网站下载料2022年。https://www.亚博老虎机网登录sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0142961222002794?via%3Dihub
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