突破传统生物3D打印技术局限-王秀杰/Charlie C.L. Wang/刘永进团队合作开发新型生物3D打印体系
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2022-02-26 11:29
生物3D打印(3D Bioprinting)技术利用3D打印机将含有细胞和生物材料的“墨水”打印出特定的形状结构,是最有希望实现在体外制造人类器官的新兴技术之一 [1-3]。然而,目前的生物3D打印技术尚不能制造具有生理功能并且能够长期存活的复杂器官,这也是生物3D打印技术发展的一个瓶颈 [4, 5]。
造成这一问题的主要原因是现有的生物3D打印机均只能在水平和竖直方向上逐层打印细胞,这种“逐层累加”的打印方式无法实现细胞和血管网络的有机融合,从而导致打印后的细胞缺少营养供给而难以长时存活。此外,为使打印后的细胞能够相互固定在一起,现有的生物3D打印技术均需在细胞中添加可固化的生物材料,这些生物材料的添加虽然可以短期固定细胞,但也会阻碍细胞间形成连接而影响细胞存活 [4-6]。
为解决上述问题,中国科学院遗传与发育生物学研究所的王秀杰研究员团队与英国曼彻斯特大学王昌凌(Charlie C.L. Wang)教授团队、清华大学刘永进教授团队联合攻关,于近日在生物材料领域顶级期刊Bioactive Materials上发表题为A multi-axis robot-based bioprinting system supporting natural cell function preservation and cardiac tissue fabrication的论文,报道了一种基于六轴机器人并且不依赖于生物材料固化的细胞打印新策略,从而实现了全角度细胞打印和打印后细胞的长期存活。
图1. (A)六轴机器人生物打印系统(左侧)以及打印荧光细胞组成IGDB字母(右侧)。(B)在复杂动脉支架上进行多角度细胞打印。
Video 1 树脂人体心脏模型3D打印冠状血管网络
Video 2 打印后的心肌细胞跳动
Video 3 双 3D 打印机器人联动模拟器官生长模式
图2. (A)在血管支架上打印的内皮细胞层可以形成毛细血管出芽。(B)协同打印血管内皮细胞与心肌细胞可以形成具有血管网络的心肌组织。(C)多机器人协作打印平台可以快速在复杂血管支架上打印不同细胞并使之形成特定排布模式。
原文连接:
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2452199X22000743
参考文献
[1] I. Matai, G. Kaur, A. Seyedsalehi, A. McClinton, C.T. Laurencin, Progress in 3D bioprinting technology for tissue/organ regenerative engineering, Biomaterials 226 (2020) 119536.
[2] S. Vijayavenkataraman, W.-C. Yan, W.F. Lu, C.-H. Wang, J.Y.H. Fuh, 3D bioprinting of tissues and organs for regenerative medicine, Advanced Drug Delivery Reviews 132 (2018) 296-332.
[3] M. Burke, B.M. Carter, A.W. Perriman, Bioprinting: uncovering the utility layer-by-layer, Journal of 3D Printing in Medicine 1(3) (2017) 165-179.
[4] A.N. Leberfinger, S. Dinda, Y. Wu, S.V. Koduru, V. Ozbolat, D.J. Ravnic, I.T. Ozbolat, Bioprinting functional tissues, Acta Biomaterialia 95 (2019) 32-49.
[5] C. Mandrycky, Z. Wang, K. Kim, D.-H. Kim, 3D bioprinting for engineering complex tissues, Biotechnology Advances 34(4) (2016) 422-434.
[6] Z. Zhang, X.-J. Wang, Current progresses of 3D bioprinting based tissue engineering, Quantitative Biology 5(2) (2017) 136-142.
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