研究人員開發(fā)了用于處理骨骼肌損傷的手持式3D生物打印機(jī)
時(shí)間：2020-04-15 16:31 來源：中國(guó)3D打印網(wǎng) 作者：中國(guó)3D打印網(wǎng) 閱讀：次
中國(guó)3D打印網(wǎng)4月15日訊，一組生物醫(yī)學(xué)工程師和研究人員已經(jīng)開發(fā)了一種手持式生物3D打印機(jī)，可以潛在地幫助外科醫(yī)生完成肌肉骨骼外科手術(shù)程序。由康涅狄格大學(xué)副教授阿里·塔馬約爾（Ali Tamayol）博士開發(fā)的生物打印機(jī)使外科醫(yī)生可以將基于水凝膠的支架（或有助于細(xì)胞和組織生長(zhǎng)的材料）直接沉積到骨骼肌的弱化部位。潛在地，該技術(shù)可用于治療體積性肌肉丟失（VML），特別是在標(biāo)準(zhǔn)重建手術(shù)已被證明不足的情況下。
Tamayol評(píng)論說：“打印機(jī)堅(jiān)固耐用，可以用纖維狀支架適當(dāng)填充空腔，其中纖維類似于天然組織的結(jié)構(gòu)。這是3D打印機(jī)的新產(chǎn)生，使臨床醫(yī)生可以直接在患者體內(nèi)打印支架。最好的是，該系統(tǒng)不需要復(fù)雜的成像和打印系統(tǒng)�！�
手持式生物打印機(jī)修復(fù)肌肉組織。圖片通過ACS出版物提供。
開發(fā)手持式3D生物打印機(jī)
VML被描述為骨骼肌的外傷性或手術(shù)性喪失，從而導(dǎo)致功能受損。由于VML中骨骼肌缺損的幾何形狀因個(gè)案而異，因此該研究的作者首先解釋說，重建手術(shù)是治療VML的不充分方法。相反，研究人員認(rèn)為3D打印是一種潛在的策略，因?yàn)樗梢灾圃炫c缺陷部位的幾何形狀相匹配的支架。但是，對(duì)缺損部位進(jìn)行成像，處理渲染計(jì)算機(jī)模型以及進(jìn)行3D打印合適的支架所需的時(shí)間和設(shè)施阻止了創(chuàng)傷后受傷的立即重建手術(shù)。此外，使用傳統(tǒng)的3D打印機(jī)正確植入基于水凝膠的支架是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)，而傳統(tǒng)的3D打印機(jī)在體外已產(chǎn)生了可喜的成果。
因此，為克服這些挑戰(zhàn)，研究人員建議使用明膠基水凝膠，將其3D生物打印直接打印到缺損區(qū)域，然后使用手持3D生物打印機(jī)原位交聯(lián)。研究人員發(fā)現(xiàn)，這些移動(dòng)式3D打印機(jī)通�；跀D壓成型，可用于在受傷部位的目標(biāo)非平坦表面上直接打印，從而克服了傳統(tǒng)固定式3D打印機(jī)的物理限制。確實(shí)，手持式生物打印機(jī)的使用已為眾多研究人員探索的軟骨和皮膚再生領(lǐng)域。今年早些時(shí)候，來自多倫多大學(xué)（UoT）和森尼布魯克健康科學(xué)中心的研究人員開發(fā)了一種手持設(shè)備，該設(shè)備能夠3D生物打印可以治愈傷口的皮膚。該設(shè)備的第一個(gè)原型最初于2018年發(fā)布。“目前大多數(shù)3D生物打印機(jī)體積大，工作速度低，價(jià)格昂貴且與臨床應(yīng)用不兼容，”該項(xiàng)目的研究人員Axel Guenther博士評(píng)論道。
手持式生物3D打印機(jī)。圖片通過ACS出版物提供。
使腳手架成功粘合
研究人員創(chuàng)建了他們自己的手持式生物打印機(jī)，這是一種基于擠出的部分自動(dòng)化設(shè)備，能夠連續(xù)擠出生物材料，并且包括一個(gè)集成光源，用于交聯(lián)擠出的生物墨水。該打印機(jī)易于操作，可用于創(chuàng)建厚度不同的高度定義的體系結(jié)構(gòu)。此外，該研究還詳細(xì)介紹了手持式生物打印機(jī)與各種類型的生物墨水的兼容性，以及其在非平坦表面上進(jìn)行打印的能力。
Tamayol評(píng)論說：“打印機(jī)堅(jiān)固耐用，可以用纖維狀支架適當(dāng)填充空腔，其中纖維類似于天然組織的結(jié)構(gòu)。這是3D打印機(jī)的新產(chǎn)生，使臨床醫(yī)生可以直接在患者體內(nèi)打印支架。最好的是，該系統(tǒng)不需要復(fù)雜的成像和打印系統(tǒng)�！�
手持式生物打印機(jī)修復(fù)肌肉組織。圖片通過ACS出版物提供。
開發(fā)手持式3D生物打印機(jī)
VML被描述為骨骼肌的外傷性或手術(shù)性喪失，從而導(dǎo)致功能受損。由于VML中骨骼肌缺損的幾何形狀因個(gè)案而異，因此該研究的作者首先解釋說，重建手術(shù)是治療VML的不充分方法。相反，研究人員認(rèn)為3D打印是一種潛在的策略，因?yàn)樗梢灾圃炫c缺陷部位的幾何形狀相匹配的支架。但是，對(duì)缺損部位進(jìn)行成像，處理渲染計(jì)算機(jī)模型以及進(jìn)行3D打印合適的支架所需的時(shí)間和設(shè)施阻止了創(chuàng)傷后受傷的立即重建手術(shù)。此外，使用傳統(tǒng)的3D打印機(jī)正確植入基于水凝膠的支架是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)，而傳統(tǒng)的3D打印機(jī)在體外已產(chǎn)生了可喜的成果。
因此，為克服這些挑戰(zhàn)，研究人員建議使用明膠基水凝膠，將其3D生物打印直接打印到缺損區(qū)域，然后使用手持3D生物打印機(jī)原位交聯(lián)。研究人員發(fā)現(xiàn)，這些移動(dòng)式3D打印機(jī)通�；跀D壓成型，可用于在受傷部位的目標(biāo)非平坦表面上直接打印，從而克服了傳統(tǒng)固定式3D打印機(jī)的物理限制。確實(shí)，手持式生物打印機(jī)的使用已為眾多研究人員探索的軟骨和皮膚再生領(lǐng)域。今年早些時(shí)候，來自多倫多大學(xué)（UoT）和森尼布魯克健康科學(xué)中心的研究人員開發(fā)了一種手持設(shè)備，該設(shè)備能夠3D生物打印可以治愈傷口的皮膚。該設(shè)備的第一個(gè)原型最初于2018年發(fā)布。“目前大多數(shù)3D生物打印機(jī)體積大，工作速度低，價(jià)格昂貴且與臨床應(yīng)用不兼容，”該項(xiàng)目的研究人員Axel Guenther博士評(píng)論道。
手持式生物3D打印機(jī)。圖片通過ACS出版物提供。
使腳手架成功粘合
研究人員創(chuàng)建了他們自己的手持式生物打印機(jī)，這是一種基于擠出的部分自動(dòng)化設(shè)備，能夠連續(xù)擠出生物材料，并且包括一個(gè)集成光源，用于交聯(lián)擠出的生物墨水。該打印機(jī)易于操作，可用于創(chuàng)建厚度不同的高度定義的體系結(jié)構(gòu)。此外，該研究還詳細(xì)介紹了手持式生物打印機(jī)與各種類型的生物墨水的兼容性，以及其在非平坦表面上進(jìn)行打印的能力。
此外，據(jù)研究人員稱，它能夠立即印刷用于VML損傷的光可交聯(lián)水凝膠，例如明膠甲基丙烯�；℅elMA）。 GelMA是一種膠原蛋白衍生的生物材料，可緊密模擬天然骨骼肌的細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）。重要的是，GelMA可以粘附于人體組織，因此可以用作生物粘附劑。這組作者說，現(xiàn)有的生物打印技術(shù)還沒有被用來成功地創(chuàng)建附著在實(shí)際受試者的缺損部位的基于水凝膠的支架。取而代之的是，僅在體外創(chuàng)建了模擬骨骼肌的3D生物打印支架。
這樣，通過使用GelMA基于水凝膠的生物墨水，研究人員克服了基于水凝膠的支架植入的局限性，因?yàn)樵撊芤阂驯蛔C明可以有效地粘附于骨骼肌的缺損部位。測(cè)試過程中，研究人員將基于水凝膠的支架直接印在VML損傷小鼠的缺損部位，表現(xiàn)出對(duì)周圍組織的適當(dāng)粘附力，并促進(jìn)了肌肉細(xì)胞的生長(zhǎng)。
目前，該手持式生物3D打印機(jī)在測(cè)試階段。
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