哥本哈根大學(xué)開(kāi)發(fā)新的生物3D打印方法監(jiān)測(cè)復(fù)雜的組織結(jié)構(gòu)
時(shí)間：2018-10-03 22:01 來(lái)源：中國(guó)3D打印網(wǎng) 作者：LaoZhou 閱讀：次
中國(guó)3D打印網(wǎng)10月3日訊，由哥本哈根大學(xué)生物系MichaelKühl教授領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種新的生物3D打印方法，用于監(jiān)測(cè)復(fù)雜的組織結(jié)構(gòu)。Kühl教授與德累斯頓技術(shù)大學(xué)（骨轉(zhuǎn)移，關(guān)節(jié)和軟組織研究中心）的德國(guó)同事一起，將氧敏感納米粒子用于凝膠材料，可用于復(fù)雜，生物膜和組織樣結(jié)構(gòu)的3D打印。活細(xì)胞以及內(nèi)置化學(xué)傳感器。這項(xiàng)工作剛剛發(fā)表在最新的材料科學(xué)期刊Advanced Functional Materials上。
Kühl解釋說(shuō)：“3D打印是一種廣泛的技術(shù)，用于生產(chǎn)塑料，金屬和其他非生物材料中的物體。同樣，活細(xì)胞可以用生物相容性凝膠材料（bioinks）進(jìn)行3D打印，這種3D生物打印是一個(gè)快速發(fā)展的領(lǐng)域，例如在生物醫(yī)學(xué)研究中，干細(xì)胞以3D打印結(jié)構(gòu)培養(yǎng)，模仿組織和骨骼的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。這種嘗試缺乏對(duì)生物打印結(jié)構(gòu)中生長(zhǎng)的細(xì)胞代謝活動(dòng)的在線監(jiān)測(cè)，目前，這種測(cè)量很大程度上依賴于破壞性采樣。目前開(kāi)發(fā)的解決方案正在申請(qǐng)專利。“
在水凝膠中含有綠藻（衣藻）的生物3D打印結(jié)構(gòu)。圖片：Anja Lode，德累斯頓工業(yè)大學(xué)
該小組通過(guò)將發(fā)光氧敏感納米顆粒實(shí)施到印刷基質(zhì)中來(lái)開(kāi)發(fā)功能化生物鏈。當(dāng)藍(lán)光激發(fā)納米粒子時(shí)，它們發(fā)出與局部氧氣濃度成比例的紅色發(fā)光 - 氧氣越多，紅色發(fā)光越少。可以用相機(jī)系統(tǒng)對(duì)生物打印的生物結(jié)構(gòu)上的紅色發(fā)光和因此氧的分布進(jìn)行成像。這允許氧氣分布和動(dòng)力學(xué)的在線，非侵入性監(jiān)測(cè)，其可以映射到3D生物打印構(gòu)造中的細(xì)胞的生長(zhǎng)和分布，而無(wú)需破壞性取樣。
重要的是納米粒子的添加不會(huì)改變生物聚合物的機(jī)械性能，例如在印刷過(guò)程中避免細(xì)胞應(yīng)力和死亡。此外，納米粒子不應(yīng)該抑制或干擾細(xì)胞。我們有解決了這些挑戰(zhàn)，因?yàn)槲覀兊姆椒@示出良好的生物相容性，可以與微藻以及敏感的人類細(xì)胞系一起使用。最近發(fā)表的研究證明了如何校準(zhǔn)和使用用傳感器納米顆粒功能化的bioinks，例如，用于監(jiān)測(cè)具有一種或幾種細(xì)胞類型的生物打印結(jié)構(gòu)中的藻類光合作用和呼吸作用以及干細(xì)胞呼吸。
“這是3D生物打印的一個(gè)突破。現(xiàn)在可以在線監(jiān)測(cè)細(xì)胞的氧代謝和微環(huán)境，并在完整的3D打印生命結(jié)構(gòu)中進(jìn)行非侵入性監(jiān)測(cè)”，Kühl教授說(shuō)。 “在較大的組織或骨骼樣結(jié)構(gòu)中培養(yǎng)干細(xì)胞的關(guān)鍵挑戰(zhàn)是確保為細(xì)胞提供足夠的氧氣。現(xiàn)在可以在可視化3D生物打印結(jié)構(gòu)中的氧氣條件，例如快速實(shí)現(xiàn)在不同設(shè)計(jì)的構(gòu)建體中測(cè)試和優(yōu)化干細(xì)胞生長(zhǎng)。“
使用含有氧敏感納米顆粒的功能化生物聚合物進(jìn)行3D生物打印。資料來(lái)源：高級(jí)功能材料
Kühl教程表示：使用功能化生物鏈接的3D生物打印是一種新的強(qiáng)大技術(shù)，可以應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)以外的許多其他研究領(lǐng)域。例如，將這些先進(jìn)的材料科學(xué)和傳感器技術(shù)與我在微生物學(xué)和生物光子學(xué)方面的研究結(jié)合起來(lái)非常鼓舞人心。目前正在使用3D生物打印來(lái)研究微生物相互作用和光生物學(xué)。中國(guó)3D打印網(wǎng)譯自：3ders.org
Kühl解釋說(shuō)：“3D打印是一種廣泛的技術(shù)，用于生產(chǎn)塑料，金屬和其他非生物材料中的物體。同樣，活細(xì)胞可以用生物相容性凝膠材料（bioinks）進(jìn)行3D打印，這種3D生物打印是一個(gè)快速發(fā)展的領(lǐng)域，例如在生物醫(yī)學(xué)研究中，干細(xì)胞以3D打印結(jié)構(gòu)培養(yǎng)，模仿組織和骨骼的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。這種嘗試缺乏對(duì)生物打印結(jié)構(gòu)中生長(zhǎng)的細(xì)胞代謝活動(dòng)的在線監(jiān)測(cè)，目前，這種測(cè)量很大程度上依賴于破壞性采樣。目前開(kāi)發(fā)的解決方案正在申請(qǐng)專利。“
在水凝膠中含有綠藻（衣藻）的生物3D打印結(jié)構(gòu)。圖片：Anja Lode，德累斯頓工業(yè)大學(xué)
該小組通過(guò)將發(fā)光氧敏感納米顆粒實(shí)施到印刷基質(zhì)中來(lái)開(kāi)發(fā)功能化生物鏈。當(dāng)藍(lán)光激發(fā)納米粒子時(shí)，它們發(fā)出與局部氧氣濃度成比例的紅色發(fā)光 - 氧氣越多，紅色發(fā)光越少。可以用相機(jī)系統(tǒng)對(duì)生物打印的生物結(jié)構(gòu)上的紅色發(fā)光和因此氧的分布進(jìn)行成像。這允許氧氣分布和動(dòng)力學(xué)的在線，非侵入性監(jiān)測(cè)，其可以映射到3D生物打印構(gòu)造中的細(xì)胞的生長(zhǎng)和分布，而無(wú)需破壞性取樣。
重要的是納米粒子的添加不會(huì)改變生物聚合物的機(jī)械性能，例如在印刷過(guò)程中避免細(xì)胞應(yīng)力和死亡。此外，納米粒子不應(yīng)該抑制或干擾細(xì)胞。我們有解決了這些挑戰(zhàn)，因?yàn)槲覀兊姆椒@示出良好的生物相容性，可以與微藻以及敏感的人類細(xì)胞系一起使用。最近發(fā)表的研究證明了如何校準(zhǔn)和使用用傳感器納米顆粒功能化的bioinks，例如，用于監(jiān)測(cè)具有一種或幾種細(xì)胞類型的生物打印結(jié)構(gòu)中的藻類光合作用和呼吸作用以及干細(xì)胞呼吸。
“這是3D生物打印的一個(gè)突破。現(xiàn)在可以在線監(jiān)測(cè)細(xì)胞的氧代謝和微環(huán)境，并在完整的3D打印生命結(jié)構(gòu)中進(jìn)行非侵入性監(jiān)測(cè)”，Kühl教授說(shuō)。 “在較大的組織或骨骼樣結(jié)構(gòu)中培養(yǎng)干細(xì)胞的關(guān)鍵挑戰(zhàn)是確保為細(xì)胞提供足夠的氧氣。現(xiàn)在可以在可視化3D生物打印結(jié)構(gòu)中的氧氣條件，例如快速實(shí)現(xiàn)在不同設(shè)計(jì)的構(gòu)建體中測(cè)試和優(yōu)化干細(xì)胞生長(zhǎng)。“
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