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生物工程师使用3D打印技术打印复杂折叠形状的活组织

导读: 近日,加利福尼亚大学旧金山分校的生物工程师正在使用称为细胞DNA编程组装(DPAC)的3D细胞图案化技术来3D打印复杂的折叠形状的活组织。这项研究可以帮助科学家创造出复杂和功能性的合成组织。

  近日,加利福尼亚大学旧金山分校的生物工程师正在使用称为细胞DNA编程组装(DPAC)的3D细胞图案化技术来3D打印复杂的折叠形状的活组织。这项研究可以帮助科学家创造出复杂和功能性的合成组织。

  生物工程师使用3D打印技术打印复杂折叠形状的活组织

  3D打印技术已经让科学家在从人类或动物细胞创造合成组织方面取得了长足的进步。但即使是最先进的生物打印机,也往往不能成功复制根据发育规划生长的组织的关键结构特征。例如,帮助我们发挥功能的许多弹性和皱纹部位,我们称之为人体组织中的自然褶皱,这是使用3D打印机不容易复制的。

  在加利福尼亚大学旧金山分校进行的新研究可能标志着组织工程学的一个重要转折点,特别是那些难以复制的折叠结构。参与研究的科学家发现,通过机械活动的小鼠或人类细胞(特别是间充质细胞)对细胞外基质纤维的薄层进行构图,它们能够从活组织中产生碗、线圈和涟漪。

  第一作者,加州大学旧金山分校博士后研究员AlexHughes表示:“我们开始意识到,将自然发展过程分解为工程学原理是可能的,然后我们可以重新利用这些原理来建立和理解组织。这在组织工程中是一个全新的角度。”

  该研究涉及使用称为细胞DNA编程组装的3D细胞图案化技术,其可用于建立组织的空间模板。然后,这个组织模板将自身折叠成复杂的形状,模仿组织在开发过程中分层组装的方式。

  这是因为间充质细胞有效地“牵引”在其周围的绳状细胞外基质(ECM)纤维网络上,导致整个结构发生拱形或变形。

  生物工程师使用3D打印技术打印复杂折叠形状的活组织

  最令人兴奋的是,科学家已经牢牢掌握如何进行细胞编程组装,以便操纵其折叠行为。研究人员说,通过特殊的方式安排间充质细胞,他们能够制造出与“简单模型”所预测的非常相似的“形状转变”的活体构建体。

  高级作者ZevGartner说:“开发已经开始成为工程的画布,通过将开发的复杂性分解成更简单的工程原理,科学家们开始更好地理解并最终控制基础生物学。”

  基于当前情况,研究人员有几个途径可以探索。首先,他们想知道是否可以将折叠的组织发育程序结合到其他控制组织图案的程序中,以全面处理细胞。其次,他们希望花更多的时间来研究细胞如何分化以响应体内组织折叠期间发生的机械变化。

  最终,这个重要的工作可以从生物3D打印器官或用于药物测试的微型“类器官”的任何地方产生连锁效应,一直到生物软机器人的发展。

  Gartner补充说:“对我来说,这个想法是如何工作的,以及细胞的行为如何令人惊讶?这个想法向我们展示了,当我们展示强大的开发设计原则时,从工程学的角度来看,我们可以做的只有我们的想象力。”

  据悉,研究人员的这项创新研究已于最近发表在“发育细胞”杂志上。


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