上普生物由孙伟教授创立,领先的生物3D打印技术和打印技术研究
随着组织工程领域的不断发展,不断有新的技术涌现出来,用于解决目前器官构建中出现的痛点与难点。同轴生物3D打印技术的出现让我们对血管化、精细化的组织器官打印提供了更多的可能性。本文带您深入浅出地看懂这种技术和未来的发展空间。
组织工程生物3D打印技术是构建组织和类器官的新兴技术,此项技术运用增材制造的思维,可以构建含有活细胞的复杂三维结构。近几年,此项技术已取得了长足的进展,然而随着我们对于人造组织的精度、复杂度的不断挑战,过去通用的技术已经难以满足我们的需求,我们需要新的打印方法来解决组织器官构建诸多问题和局限性。
当前技术的局限性与出路当前技术的局限性利用当前的通用3D打印技术所构建的组织器官具有以下几种局限性:
虽然我们可以将细胞或材料堆积成三维结构,所打印的组织和类器官的血管化是组织工程的难点所在,传统生物打印工艺采用线材螺旋堆积的形式进行管腔结构的打印,但是这样的工艺仅能够形成管腔结构,难以实际应用。所以,如何在人造组织中构建出具有功能性的血管网络或血管结构是推进组织工程向临床发展的一大瓶颈。
人体的组织器官形态多种多样,其中很大一部分是具有复杂层次的结构(如皮肤的表皮、内皮细胞的分层结构;肠道、尿道的管腔结构等)。而生物3D打印作为一种构建生物仿生结构的工艺,需要一项可以构建复杂层次或管腔结构的工艺技术。
微挤出式生物3D打印工艺是最广泛使用的打印工艺,因为其可以打印多种细胞和生物材料,并保有良好的细胞活性。但是,由于水凝胶类材料的挤出胀大,此工艺的精度往往有所限制。
低黏度材料(如海藻酸钠)的打印往往困难重重,对于这类材料,交联固化的时机尤其重要:提前固化会导致打印喷头的堵塞;后期固化会导致结构体精度较差。所以亟需一项可以对低黏度材料进行原位固化的技术。
管腔结构:传统工艺(左)vs同轴工艺
针对当前的局限性我们应该怎么解决这样的问题
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