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清华大学成功实现了生物3D打印组织的刺激反应能力

    中国3D打印网6月24日讯,清华大学的一组研究人员采用生物3D打印的大脑样组织结构,能够培养神经细胞。他们通过从大鼠的皮层中提取一组原代神经细胞并将其整合到印刷的结构中来测试制造的结构。有趣的是,经过数周的体外培养,原代神经细胞已经形成了能够对外部刺激作出反应的复杂神经回路。

提取神经细胞进行生物打印
  提取神经细胞进行生物打印。图片来自清华大学。
  生动的3D模型
        生物3D打印技术虽然先进,但尚不能制造有用的整个器官,至少不能用于移植。幸运的是,较小和较不复杂的组织结构可用于健康监测和药物测试。例如,医学专家能够从一个人那里收集神经细胞,并将它们培养成3D打印的格子状结构上。这些3D结构很好地模仿了在真实脑组织中发现的途径,因此神经细胞将它们照原样处理,并通过适当的营养让它们生长。
        产生的神经回路的行为就像微型大脑一样,如果您愿意,可以培养皿神经。一旦复杂到足以对刺激做出反应,培养物就会暴露于实验药物中,并记录其神经反应,从而使我们了解了如果人类尝试使用这种药物,实际的大脑会如何反应。
3D打印的大脑样组织
  3D打印的大脑样组织。清华大学提供的照片。
  对大脑进行生物打印
         研究人员必须经过几个阶段的反复试验,才能确定正确的结构。他们发现最佳喷嘴直径和打印速度分别为0.51 mm和5μL/ s。所得的结构具有约6kPa的弹性模量,并且使用免疫染色成像来追踪印刷结构上神经细胞的生长。
        为了测试神经网络的电刺激响应,研究小组将其直接培养在4×4电极阵列中。产生电场并观察到神经元,显示出敏感的活动。然后使用河豚毒素来测试培养物的药物敏感性,表明3D打印结构具有“作为药物测试模型的巨大潜力”。
        最后,研究了以2D和3D形式打印时神经细胞的存活率。令人印象深刻的是,3D结构保持了整整四个星期的生命,最初的85%的细胞幸存了生物打印过程。相比之下,二维结构的存活率仅为25%,这证明了清华大学科学家对大脑组织进行3D生物打印的方法的优越性。
  用电极阵列测试2D和3D结构

  用电极阵列测试2D和3D结构。图片来自清华大学。


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