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盘点2020年的十大生物3D打印故事:为未来的器官移植铺平道路

   中国3D打印网12月25日讯,2020年生物3D打印技术的新研究和发展正在帮助塑造生物医学工程。尽管仍然有许多挑战需要解决,但是关键的进展证明了该技术作为原位生物打印以及最终的组织和器官移植的未来来源的潜力。由于COVID-19大流行,今年是非常动荡的一年,但即使是最极端的封锁措施也未能阻止对该领域的科学研究。我们已经看到研究人员利用新的生物3D打印系统,过程和生物墨水,创建器官模型,甚至进行生物打印的组织用于COVID-19研究。现在中国3D打印网概述生物印刷领域十项最成功的成就,这些成就为2020年带来了一线希望。(北京3D打印)
 生物3D打印逼真的心脏模型(北京3D打印)
      卡内基梅隆大学(CMU)生物医学工程系Feinberg实验室的研究人员对心脏模型进行了生物打印,该模型模仿了心脏组织的真实感,弹性和机械特性,并且足够耐用,可以处理,缝合和缝合灌注,使其成为进行手术模拟和培训的理想工具。首席研究员亚当·费因伯格(Adam Feinberg)及其同事使用悬浮水凝胶(FRESH)的自由形式可逆包埋技术,成功地证明了软水凝胶制成的大规模生物打印心脏组织构造物可以进行FRESH印刷,具有潜在的外科手术应用。(北京3D打印)
用针将藻酸盐打印到水凝胶浴中,然后将其融化以留下最终的心脏模型
  用针将藻酸盐打印到水凝胶浴中,然后将其融化以留下最终的心脏模型。图片由卡内基·梅隆大学/亚当·芬伯格提供
  带有激光和糖的复杂血管网络(北京3D打印)
         赖斯大学的研究人员使用糖粉和选择性激光烧结技术,通过复杂,分支和复杂的糖网络构造了大型结构,这些糖网络溶解后为实验室生长的组织中的血液创造了通路。研究小组的发现已接近模仿产生血管所需的体内条件,克服了3D打印血管化的并发症,这是组织工程学中最大的挑战之一。赖斯约旦·米勒生物工程实验室的研究人员最优先考虑的是生成新的3D打印工艺和用于血管化的生物材料,该实验室已有使用糖来构建血管网络模板的丰富历史。这项工作使生物打印界离为移植创建器官和组织迈出了一步。(北京3D打印)
  用于COVID-19研究的生物打印组织(北京3D打印)
          来自北卡罗来纳州威克森林再生医学研究所(WFIRM)的安东尼·阿塔拉(Anthony Atala)开发了一种新型多生物芯片来测试药物的毒性。 Atala与其他研究人员一起,于2020年2月发表了一篇论文,声称“ 3D芯片上的物体”可以促进更快,更经济的药物研发,并降低进入市场后的停药风险。但这还不是全部,3D类器官系统能够证明药物毒性,我们在7月还获悉该系统已用于COVID-19研究。据《纽约时报》报道,阿塔拉(Atala)的团队正在对微芯片上的活组织进行生物打印,然后将它们送至弗吉尼亚州乔治·梅森大学的生物安全实验室,在那里对其进行测试以对抗新型COVID-19病毒。(北京3D打印)

 生物3D打印芯片

 生物3D打印芯片。图片由Daniel Wangpraseurt / UCSD提供(北京3D打印)

在实验室中对迷你人类肾脏进行生物3D打印(北京3D打印)
       澳大利亚默多克儿童研究所(MCRI)和生物技术公司Organovo的研究人员已经在实验室中对人体的微型肾脏进行了生物打印,从而为治疗肾衰竭和可能由实验室移植的新疗法铺平了道路。研究表明,干细胞的生物3D打印如何能够产生移植所需的足够大的肾脏组织薄片,这在一项用于从已知会导致人肾损伤的药物中筛选药物毒性的研究中也得到了验证。 MCRI教授世界人类肾脏建模专家Melissa Little于2015年首次开始种植肾脏类器官。但事实证明,这种新的生物打印方法更快,更可靠,并且可以扩大整个过程。正如2020年11月23日发表在《自然材料》杂志上的一项研究所述,使用生物打印,她现在可以在10分钟内创建约200个迷你肾脏而不会影响质量。(北京3D打印)
梅利莎·利特尔教授
  梅利莎·利特尔教授。图片由亚伦·弗朗西斯(Aaron Francis)提供(北京3D打印)
Organovo回归
……谈到Organovo,创始人基思·墨菲(Keith Murphy)卸任首席执行官三年后,到2020年又回到了生物打印公司。同时,墨菲继续创建了另一家创新的生物技术初创公司,称为Viscient Biosciences,但从2020年9月24日起,这位企业家返回执行董事长一职。自墨菲(Murphy)离开以来,Organovo一直在努力寻找所需资源,以推动其备受期待的3D打印人体肝脏活组织器官移植的发展。尽管2007年它成为生物打印技术背后的主要推动力之一,但公司官员于2019年8月停止了所有研发领导计划,并裁员了69%的总员工(约40个职位)以扩大其业务范围探索现有的“战略替代方案以从其技术平台和知识产权中创造价值”的现金跑道。(北京3D打印)
       此后不久,在11月,该公司以150万美元的价格将其人类原发性肝和肾细胞分离业务Samsara Sciences出售给了弗吉尼亚州的LifeNet Health。现在,Organovo将尝试从其先前的领导人离开的地方继续进行,以期获得其治疗候选药物的监管批准。在接受美国外科医生学院的采访时,Atala表示他正在使用芯片上的身体结构来研究COVID-19和解毒剂的传染性以及解毒剂的毒性水平。更重要的是,这位专家说,源自细胞的3D类器官技术比培养板或动物模型中的细胞系更有帮助。该团队正在测试两种不同的解毒剂,一种用于肺,另一种用于肠道,以研究不同的药剂如何影响这些器官。(北京3D打印)

集成的组织器官打印机(ITOP)对WFIRM的组织结构进行生物打印
  集成的组织器官打印机(ITOP)对WFIRM的组织结构进行生物打印。图片由WFIRM提供
  微型机器人打印体内的健康细胞(北京3D打印)
        来自中国北京清华大学的研究人员开发了一种微型生物打印平台,该平台通过内窥镜进入人体,从而在体内进行组织修复。为了测试这种新方法,研究人员通过在胃模型中对两层组织支架进行生物打印成功地修复了胃伤口。他们将明胶-海藻酸盐水凝胶与人胃上皮细胞和人胃平滑肌细胞作为生物墨水来模仿胃的解剖结构,并且经过10天的细胞培养表明,打印的细胞保持高活力和稳定的增殖,提示细胞在印刷的组织支架中具有良好的生物学功能。这项工作代表了生物印刷和临床科学领域的创新进展。根据发表在《生物制造》杂志上的研究的作者说,由于胃壁损伤是消化道的普遍问题,影响了全球12%的人口,因此新型的原位体内生物打印平台是治疗该问题的潜在有用方法。(北京3D打印)
 原型机器人的特写镜头在人的胃的3D打印的模型内
  原型机器人的特写镜头在人的胃的3D打印的模型内。图片由新地图集/清华大学提供(北京3D打印)
  用于人体内部3D打印的新型Bioink(北京3D打印)
       研究人员已经开发出一种特殊配方的生物墨水,旨在以微创方式在活着的患者体内生物制造3D组织工程化的支架。这项研究发表在2020年7月的《生物制造》杂志上,涵盖了Terasaki研究所,俄亥俄州立大学和宾夕法尼亚州立大学的研究人员之间的合作。它专注于一种全新的生物材料配方,该材料可以在体内发现的各种温度下进行3D打印,并使用体内可见光进行交联,从而使用具有临床相关尺寸和一致结构的机器人3D打印技术来构建3D组织工程支架。这项工作可以使正确的细胞和材料直接输送到手术室(OR)中的缺陷。(北京3D打印)
直接植入软组织中的晶格结构

直接植入软组织中的晶格结构。图片由俄亥俄州立大学提供(北京3D打印)

 国际空间站上的生物打印:俄罗斯宇航员3D打印太空中的软骨(北京3D打印)
       微重力是生物打印最具创新性和未来性的形式之一。毕竟,如果在下一个十年中任何时候都可以在地球外进行殖民化,那么生物打印对于太空探索者的生存至关重要。宇航员Oleg Kononenko使用由俄罗斯生物技术公司3D Bioprinting Solutions开发并于2018年发射升空的定制设计的磁性3D生物打印机Organ.Aut,在国际空间站(ISS)上对软骨进行了生物打印。该技术利用磁场的拉力实现微重力下细胞的自组装,这种形式的悬浮生物印刷为空间再生医学提供了巨大的潜力。 Kononenko在国际空间站的俄罗斯部分进行了该实验,并于2020年7月15日,在地球上开发该系统的研究人员发表了他们的工作结果。
 Oleg Kononenko使用了由莫斯科公司3D Bioprinting Solutions开发的一种新型“无支架”组织工程方法
  Oleg Kononenko使用了由莫斯科公司3D Bioprinting Solutions开发的一种新型“无支架”组织工程方法,该方法使用磁场。图片由3D Bioprinting Solutions提供
  mimiX Biotherapeutics推出首款声学生物3D打印机(北京3D打印)
         瑞士生物技术初创公司mimiX Biotherapeutics宣布推出一项全新的生物制造技术,该技术可以通过声波快速,经济地生产多细胞功能组织构造。该实验室仪器依赖于该公司获得专利的声音诱导形态发生(SIM)生物处理技术,该技术已经存在了将近十年,并且已经成功地证明可以协调血管网络。在IOPscience杂志Biofabrication上发表的一篇论文中,研究人员开发了一种体外实验模型作为概念验证,以评估SIM用于创建血管结构的可行性。他们得出结论,即使初始密度低,细胞也能够自组装成功能性多尺度血管网络,并且可以应用于多个生物医学领域,包括用于药物筛选的3D模型和用于临床翻译的生物打印自动化组织制造。(北京3D打印)
mimiX Biotherapeutics公司的第一台声学生物3D打印机
mimiX Biotherapeutics公司的第一台声学生物3D打印机。图片由mimiX Biotherapeutics提供
  对珊瑚进行生物3D打印可以帮助海洋生态系统(北京3D打印)
        由于生物打印技术的应用超出了组织工程学和再生医学领域的范围,因此我们也很高兴报告该技术在其他领域的多种应用:2020年4月,来自剑桥大学和加利福尼亚大学圣地亚哥分校的一组研究人员( UCSD)开发了仿生3D打印珊瑚,作为受珊瑚启发的生物材料的新工具,可以在藻类生物技术,珊瑚礁保护和珊瑚-藻类共生研究中找到用途。珊瑚启发的光合生物材料结构是使用快速的3D生物打印技术制造的,该技术能够模仿珊瑚藻共生的功能和结构特征,从而为生物启发的材料及其在珊瑚保护中的应用打开了新的大门。当时,来自UCSD的跨学科海洋生物学家Daniel Wangpraseurt解释说,生物打印技术是他开发仿生3D打印珊瑚的工作的关键点,仿生3D打印珊瑚是一种可用于藻类生物技术,保护珊瑚礁的受珊瑚启发的生物材料的新工具。以及在珊瑚藻共生研究中,作为该技术的真正创新和引人入胜的应用。

     中国3D打印网原创文章!


(责任编辑:中国3D打印网)







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