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“按需打印”的生物器官模块问世

2024-07-25 09:02 来源:科技日报

  包括美国弗吉尼亚大学工程与应用科学学院在内的研究团队,首次开发出一种可“按需打印”且能与人体相容的器官构建模块。这将为研究各种疾病进展和相应疗法带来极大助力。研究成果发表在新一期《自然·通讯》杂志上。

  该成果的关键是一种具有可控机械性能的生物材料,能与各种人体组织相匹配。与现有的生物打印技术相比,这是一个巨大飞跃。

  这种独特的生物打印方法被称为球形颗粒数字组装(DASP)。该技术能将生物材料颗粒沉积在基质中:这些颗粒是聚合物水凝胶,通过调整单分子单体排列和化学键来模拟人体组织;而包裹在颗粒中的是真正的人体细胞;水基基质则可构建3D结构,并为细胞生长提供合适的环境。

  与以往的水凝胶生物墨水相比,这种新型颗粒毒性更小,对细胞的生物相容性更强,而且具有独特的“双网络”结构——由两个相互交织的分子网络形成,具有很强的机械强度,但可模仿人体组织的物理特征。

  研究团队设计了一种多通道喷嘴,可以按需混合水凝胶成分。而且这种“双网络”水凝胶生物墨水成型过程非常快,能在60秒内从液滴变成弹性凝胶。

  通过这种最先进的材料和控制技术,团队实现了“按需打印”类器官,产生的类器官可作为基于人体组织的3D细胞模型,用于研究多种疾病、组织建模并开发全新疗法。

  团队补充说,如果将这种生物打印进一步优化,还有望用于人工器官移植、筛选候选新药等。

  水凝胶生物墨水,是为了打印人体器官专门研发的新材料。然而,受限于目前的技术工艺,我们只能打印出较小的人体器官。为此,各研究团队都在尝试使用新型打印材料,并提高制造精度。弗吉尼亚大学科学家摸索出了一套新的材料和方法,将可生长的生物“种子”与打印基质紧密结合,从而获得可以生长的人造组织,自动贴合需求。这一方案为多尺度器官的精准制造提供了可能性,也为未来的人体组织工程研究和人造器官移植开辟了新路径。

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