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研究人员成功将3D打印无支架人造气管植入大鼠

导读: 组织支架是生物打印过程的一个非常重要的部分,它们在那里为生物3D打印的细胞提供结构,使其发育和生长。

组织支架是生物打印过程的一个非常重要的部分,它们在那里为生物3D打印的细胞提供结构,使其发育和生长。我们听说的3D打印组织支架常常是在全球范围内进行的研究,无论是关于不同类型的组织还是更好的制作方法。但据日本长崎大学的研究小组称,人造器官组织支架可能并不是最好的选择,有一些小的局限性,比如刺激,还有一些更重要的问题,如感染、免疫抑制、生物相容性降低、随时间降解等。

研究人员成功将3D打印无支架人造气管植入大鼠

然而,有一种没有组织支架的方法,由聚合细胞制成的生物3D打印球体确实存在,这就是研究人员正在研究的内容。

研究人员成功将3D打印无支架人造气管植入大鼠

众所周知,气管通过咳嗽等防御机制清除分泌物,保持气道通畅,保持呼吸系统的空气温暖、加湿、清洁。用于气管重建的组织必须非常坚固,因为它必须在正负压下存在,许多人工呼吸道器官仍然需要支架的帮助来保持气道所需的强度和刚度。

该小组最近在交互式心血管和胸外科杂志上发表了一篇论文,标题为“采用生物3D打印的无组织工程支架式再生气管”。Daisuke Taniguchi、Keitaro Matsumoto、Tomoshi Tsuchiya、Ryusuke Machino、Yosuke Takeoka、Abdelmotagaly Elgalad、Kiyofumi Gunge、Katsunori Takagi、Yasuaki Taura、Go Hatatchi、Naoto Matsuo、Naoya Yamasaki、Koichi Nakayama和Takeshi Nagayasu,除了佐贺大学的Nakayama外,其与都与长崎大学生物医学研究科有关系。

这篇论文写道:“目前,大多数人工气道器官仍然需要支架;然而,这样的支架显示出几个限制。或者,使用没有外来物质和免疫抑制剂的自体人造气管可以解决这些问题并构成一个优选的工具。这项研究的基本原理是开发一种使用生物3D打印技术创建无组织支架的人造气管的方法。在这里,我们评估了使用无支架气管样移植物置换从周围动物模型中分离的细胞产生的周缘气管。“

研究人员成功将3D打印无支架人造气管植入大鼠

对于此项实验,研究人员分离了3周龄雄性F344大鼠的软骨细胞和间充质干细胞,并购买了大鼠肺微血管内皮细胞。评估分离的细胞,然后胰蛋白酶消化、洗涤、温育并再次洗涤。然后将细胞置于含有生长培养基的平板上,并在72小时后自发聚集形成球状体(细胞球),其被用作生物3D打印材料

为了在没有支架的管状人造气管中装配多细胞球状体,研究人员使用了Cyfuse Biomedical公司的一台Regenova 3D生物打印机,这家日本公司开发了一种新颖的机器人工艺来打印人体组织。

研究人员成功将3D打印无支架人造气管植入大鼠

“根据3D设计,bio-3D打印机将球状体放置在打印机(每边3.2毫米)的9×9针阵列中。针的外径为0.17毫米,每根针之间的距离为0.4毫米。将球体从96孔板上用机械控制的25号喷嘴吸入,并在计算机控制下自动插入由多个医用级不锈钢针制成的针阵列中。总共有384个球体被用来产生3D管状结构。生物3D打印的人造气管在培养基灌注的生物反应器内成熟。“

Regenova 3D生物打印机生成了具有几种不同类型的细胞的球状体,以制造3D结构,并且在测量生物反应器中成熟的3D打印无支架人造气管的机械强度之前,将它们移植到不同组的大鼠中;硅胶支架保持它们不塌陷,直到获得良好的血液供应。在气管移植之后,研究人员密切关注大鼠数周,测量无支架生物打印的气管的强度,看它们是否能够保持良好。

据报道,没有使用免疫抑制剂,但没有观察到急性排斥反应,这是个好消息。研究小组认为,他们的生物3D打印无支架气管“可以用作大鼠气管移植物”,这当然为人类气管再生开辟了各种新的可能性。

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