研究

德克萨斯州的研究人员开发了一种新的生物墨水,专门用于3D生物打印血管

来自德克萨斯农工大学的一组研究人员生物医学工程系设计了血管的高度现实模型。

该模型由新的纳米工程,旨在的水凝胶生物晶芯制成,并密切模仿真实血管的天然血管功能,以及其疾病反应。团队希望其工作可以为先进的心血管药物开发铺平道路,加快治疗批准,同时完全消除了对动物和人类测试的需求。

该大学副教授、该研究的合著者Akhilesh Gaharwar说:“这种纳米工程生物墨水的一个非常独特的特点是,无论细胞密度如何,它都证明了高打印性,并能够在生物打印过程中保护被封装的细胞免受高剪切力的影响。”“值得注意的是,3D生物打印细胞能保持健康的表型,并在制造后近一个月仍能存活。”

血管模型可以使用挤压系统进行3D生物打印。通过TAMU照片。
血管模型可以使用挤压系统进行3D生物打印。通过TAMU照片。

3D生物打印和血管疾病

据研究小组称,动脉瘤、外周动脉疾病、血栓等血管疾病占全球死亡的31%左右。尽管这个数字令人痛心,但据报道,心血管药物的进展在过去20年里已经放缓。

这可以归因于将实验治疗转化为批准治疗的挑战,这在很大程度上源于体外研究和体内研究之间的差异。很简单,我们需要更多的实验室模型,能像我们体内的血管一样做出反应——这就是3D生物打印可以发挥作用的地方。

利用生物打印技术,组织结构可以嵌入真正的活细胞,并以一层一层的方式制造。这使得设计更精确的模型成为可能,使它们能够更好地模拟血管的固有结构。不幸的是,实现这一目标所需的生物墨水材料在打印性和储存高密度活细胞的能力方面很大程度上受到限制,导致许多生物墨水在临床环境中无效。

20岁的Karli Gold,前生物医学工程博士生,与Akhilesh Gaharwar一起工作,制作他的3D生物打印模型。通过TAMU照片。
20岁的Karli Gold,前生物医学工程博士生,与Akhilesh Gaharwar一起工作,制作他的3D生物打印模型。通过TAMU照片。

检测疾病和药物影响

为了克服现有生物墨水的局限性,Gaharwar和他的团队开发了自己的生物墨水。这种新材料是专门为解剖学上精确的多细胞血管设计的,为血管的宏观结构和组织的微观结构提供了更好的分辨率。

Gaharwar写道:“在这里,一种新型纳米工程水凝胶细胞印迹生物墨水被引入,它可以打印到3D血管中,以再现人类血管系统的物理和化学微环境。”

生物墨水包括内皮细胞和血管平滑肌细胞的培养,这些细胞是准确测试疾病影响和药物效果所需的基础。它还具有优异的打印性能,甚至被证明可以保护嵌入的活细胞免受挤压打印过程的压力。人们希望3D生物打印血管模型有一天可以用来更好地理解血管疾病病理生理学,并在临床前试验中评估治疗方法和毒素的功效。

这项研究的更多细节可以在题为“3D生物打印多细胞血管模型'。它是由Akhilesh Gaharwar,Abhishek Jain,等人共同撰写的。

3D生物打印血管模型。通过TAMU照片。
3D生物打印血管模型。通过TAMU照片。

血管并不是生物打印用于药物开发应用的唯一组织。今年夏初,体积3D生物打印机制造商Readily3D利用增材制造技术开发人类胰腺的微型3D印刷生活模型.旨在促进糖尿病药检测,含干细胞的生物组织可以仅在30秒内印刷。

其他地方,韩国制药公司香港创新。N最近宣布计划使用人工3D打印皮肤来测试新的自身免疫和皮肤疾病药物。3D打印出来的肉将被用来进行深入的研究不同皮肤病药物的有效性.如果成功,这些组织可以用来代替动物实验,这是化妆品行业一直存在的问题。

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图片显示Karli Gold ' 20,前生物医学工程博士生,他与Akhilesh Gaharwar在他的3D生物打印模型上工作。通过TAMU照片。