新的生物打印技术显示了组织修复和再生医学的潜力

创建三维组织

共聚焦显微镜图像显示了一个3d打印的,1厘米厚的带血管的组织的横截面。经过一个月的液体、营养物质和细胞生长因子的活跃灌注,可以看到骨细胞通过干细胞分化向发育方向移动。这个结构是用一种新的3-D生物打印技术制造出来的,这种技术是由Jennifer Lewis和她在Wyss研究所和哈佛海洋研究所的团队发明的。

一项新的研究详细说明了科学家们正在朝着将血管网络嵌入人体厚组织的方向迈进,这可能会导致组织修复和再生——最终甚至是整个器官的替换。

哈佛大学的Wyss生物学启发工程研究所和哈佛约翰A.·帕劳学院为工程和应用科学(SEAR)的一支团队发明了一种用于3-D生物印刷的厚血管化组织构建方法。脉管系统网络使液体,营养和细胞生长因子能够均匀地灌注在整个组织中。

进步是该报告于周一发表在《美国国家科学院院刊》上.

“最近工作多材料生物打印平台的功能延伸至厚的人体组织,让我们更近一步创建架构组织修复和再生,”说,该研究的资深作者,珍妮弗·a·刘易斯,Wyss核心教员和Hansjorg在海洋生物工程教授。


印刷血管脉管系统对于维持功能性纸巾至关重要。到目前为止,生物工程师难以建立厚组织,缺乏嵌入血管网络的方法。信贷:哈佛大学的刘易斯实验室/ Wyss学院

在这项研究中,Lewis和她的团队展示了他们的3d打印血管化组织可以作为活体组织结构生长并发挥功能长达六周以上。

迄今为止,由于无法嵌入维持生命的血管网络,以多种细胞类型构建的人体组织的扩大规模一直受到限制。在他们早期工作的基础上,Lewis和她的团队现在已经将组织厚度阈值提高了近10倍,为组织工程和修复的未来发展奠定了基础。该方法将血管管道与活细胞和细胞外基质结合在一起,使这些结构具有活组织的功能。

作为可以使用该技术完成的例子,Lewis的团队印刷含有由结缔组织包围的人骨髓干细胞的1厘米厚的组织。根据研究,通过支持脉管系统通过支撑脉管系统衬里通过支持在人类血管中发现的相同内皮细胞的脉管系统,诱导细胞在一个月的过程中发展到骨细胞中。

“这项研究将有助于建立对血管化活组织生物打印所需的基本科学理解,”国家科学基金会土木、机械和制造创新工程局项目主任裴志坚说。该项目是由国家科学基金会资助的。“这样的研究使3d人体组织更广泛地用于药物安全和毒性筛选,并最终用于组织修复和再生。”

Lewis'新颖的3-D BioPlinting方法采用可定制的印刷硅胶模具来容纳印刷组织结构。在该模具中,由Pluronic制成的血管通道层(在冰箱温度下液化的材料)和活性干细胞的层是锁定的指状物。围绕该结构倾倒细胞基质,并凝固。然后冷藏整个装置,直到Pluronic转向液体并被真空吸出。这产生了含有内皮细胞,氧气,营养素和生长因子的液体的通道 - 基本上模拟血液 - 可以流动。

生物打印材料可用于创建活组织培养,以及驱动定向组织生长,如分化干细胞。为了实现各种组织形状、厚度和成分,可以定制打印硅芯片的形状,可以调整可打印的细胞材料,以包括各种各样的细胞类型。研究人员说,换句话说,这种新方法创造了一个完全可控的、有生命的三维组织环境。

“在组织内具有预制的脉管系统允许在组织的深核中增强细胞功能,并使我们通过使用诸如生长因素的令人垂体来调节这些细胞功能的能力,”研究生研究员David Kolesky说the Wyss Institute and SEAS and one of the study’s first authors.

“詹妮弗和她的团队正在基于独特的生物制品方法改变组织工程领域的范式,”Wyss Institute Directure Donald Ingber说。“Their ability to build living 3-D vascularized tissues from the bottom up provides a potential way to form macroscale functional tissue replacements that can be surgically connected to the body’s own blood vessels to provide immediate perfusion of these artificial tissues, and thus, greatly increase their likelihood of survival. This would overcome many of the problems that held back tissue engineering from clinical success in the past.”

因格伯还是哈佛医学院血管生物学教授犹大·福克曼,波士顿儿童医院血管生物学项目教授,海洋生物工程教授。yabo124除了刘易斯和科列斯基,这项新研究的其他团队成员还包括共同第一作者金伯利·霍曼(Wyss研究所的研究助理)和马克·斯凯拉-斯科特(Wyss研究所的博士后)。

该工作得到了国家科学基金会和哈佛大学生物启发工程的WYSS研究所。

出版: David B. Kolesky等,“厚血管化组织的三维生物打印”,PNAS, 2016;doi: 10.1073 / pnas.1521342113

2评论关于“生物打印新技术在组织修复和再生医学中的潜力”

  1. 这是惊人的,世界发生了什么以及技术和医学如何发展。我是再生医学的支持者,我经历过这种治疗方法,并没有后悔接受这一步骤。干细胞,人体生长激素使用3D打印机是我们的未来和健康!

  2. 有趣的信息,但对于更清晰的了解,熟悉这种材料也有可能的定义和示例是有意义的。根据苏格拉底,如果你接受你的傲慢和无知,没有问题。问题是大多数人想要看起来很聪明。苏格拉底说,当你意识到你的愚蠢时,你开始思考。

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