3D打印機(jī)有望成為創(chuàng)建治療性生物材料

近日，由生物工程師Ali Khademhosseini領(lǐng)導(dǎo)的加州大學(xué)洛杉磯分校的一個(gè)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種使用多種材料打印復(fù)雜生物組織的新技術(shù)。該團(tuán)隊(duì)使用經(jīng)過(guò)特殊改造的3D打印機(jī)，有望在將來(lái)按需創(chuàng)建治療性生物材料。

器官移植和其他高級(jí)組織治療面臨著看似無(wú)法逾越的瓶頸,只有有限數(shù)量的器官供體或其他生物材料來(lái)源，并且即使在最好的情況下，器官和組織也不會(huì)完全與受體相容。理想情況下，生物工程師想要繞過(guò)常規(guī)來(lái)源并在實(shí)驗(yàn)室中培養(yǎng)器官和組織。這不僅可以為醫(yī)療界提供無(wú)限量的健康無(wú)菌材料，還可以讓醫(yī)生和外科醫(yī)生根據(jù)他們的要求制作生物材料。

麻煩的是，活組織與許多不同類型的細(xì)胞、血管、神經(jīng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)作用后非常復(fù)雜。嘗試在培養(yǎng)皿中培養(yǎng)一顆心臟，將一些心肌細(xì)胞與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)混合在一起，你將得到的是很快會(huì)停止分裂的細(xì)胞。

研究人員開(kāi)發(fā)傳統(tǒng)的生物3D打印工藝，使用復(fù)合材料打印出全新升級(jí)的、治療性的生物組織。研究采用的是特別改裝的3D打印機(jī)，可以通過(guò)3D打印技術(shù)，按需制造復(fù)雜的人造組織，推動(dòng)再生醫(yī)學(xué)的發(fā)展。

相關(guān)研究文獻(xiàn)中提到：“這種基于立體光刻的生物打印平臺(tái)，能夠用于非均相水凝膠結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料制造。通過(guò)數(shù)字微鏡器件的動(dòng)態(tài)圖案、移動(dòng)臺(tái)和帶有四個(gè)開(kāi)關(guān)氣動(dòng)閥的微流體裝置，同步創(chuàng)建3D結(jié)構(gòu)。該新型微流體裝置能夠在不同的水凝膠生物鏈之間快速切換，逐層實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料的生物打印。與傳統(tǒng)的基于立體光刻的生物打印機(jī)相比，該系統(tǒng)彰顯了高空間分辨率下復(fù)合材料制造的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。通過(guò)將帶有細(xì)胞負(fù)載的GelMA引入微流體裝置并制造纖維結(jié)構(gòu)，可驗(yàn)證該系統(tǒng)的生物相容性；PEGDA框架模式和三種不同濃度的GelMA，可用于進(jìn)一步評(píng)估大鼠模型的血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子。該系統(tǒng)可加工生物打印高保真復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)，為組織工程、再生醫(yī)學(xué)和生物傳感應(yīng)用提供了強(qiáng)大的平臺(tái)，僅這一點(diǎn)就秒殺了很多傳統(tǒng)的打印系統(tǒng)。新工藝采用的改裝打印機(jī)是由Khademhosseini設(shè)計(jì)的，關(guān)鍵部件有兩個(gè)：定制的微流控芯片和數(shù)字微鏡。多入口的定制微流控芯片可允許每個(gè)入口打印出不同的材料；而一個(gè)數(shù)字微鏡，也就是一百多萬(wàn)個(gè)獨(dú)立移動(dòng)的小鏡子陣列。微鏡用于將光線導(dǎo)向打印表面，照亮3D打印物體的輪廓并觸發(fā)分子鍵，使材料固化。在3D打印的過(guò)程中，鏡像陣列通過(guò)切換光圖案來(lái)指導(dǎo)后續(xù)加工，使打印件按預(yù)定的設(shè)計(jì)形成。