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新生物墨水:让人体内部器官3D打印不再受紫外线局限

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  • 发布时间:2020-07-23 15:45
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【概要描述】研究人员开发了一种新的生物墨水或许可以解决这个问题,这种墨水是由悬浮在凝胶中的活细胞组成的,这种墨水在人体内使用是安全的,可以帮助人体实现3D打印。医生可以利用微创外科技术,通过小切口在病人体内制造出活体。这样的选择可能会比大手术更安全、更快捷。

新生物墨水:让人体内部器官3D打印不再受紫外线局限

【概要描述】研究人员开发了一种新的生物墨水或许可以解决这个问题,这种墨水是由悬浮在凝胶中的活细胞组成的,这种墨水在人体内使用是安全的,可以帮助人体实现3D打印。医生可以利用微创外科技术,通过小切口在病人体内制造出活体。这样的选择可能会比大手术更安全、更快捷。

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目前,仅在美国就有近7万人在等待器官捐献的名单上。生物打印的梦想是有一天,病人不需要再等待捐赠者,比方说,利用3D打印技术,从活细胞中按需“组装”肾脏。但这个梦想的一个问题是,生物打印体外器官必然需要手术才能植入。这意味着会有个大切口,反过来又增加了感染的风险,以及患者的康复时间。同时,医生也不得不等待植入物被生物打印出来而推迟手术时间,在一定程度上或将耽误病人的治疗。

Image: Ohio State University

 

A lattice structure implanted directly into soft living tissue

现今,研究人员开发了一种新的生物墨水或许可以解决这个问题,这种墨水是由悬浮在凝胶中的活细胞组成的,这种墨水在人体内使用是安全的,可以帮助人体实现3D打印。医生可以利用微创外科技术,通过小切口在病人体内制造出活体。这样的选择可能会比大手术更安全、更快捷。

体内生物打印的一个挑战是,目前的生物墨水通常需要紫外线才能固化,但紫外线会损害内脏。另一个问题是如何将印刷的组织有效地附着在柔软的活体器官和组织上。

根据发表在《生物制造(Biofabrication)》杂志上的一项新研究显示,研究人员开发了一种可以利用可见光固化的生物墨水。此外,俄亥俄州立大学机械工程师、研究资深作者David Hoelzle说,这种墨水可以在人体内的温度下打印,以前的生物墨水在体温下太过液态,印刷时无法保持形状。

科学家们使用了一个贴在机器人机器上的3D打印喷嘴。据了解,该液体会从机器人控制的喷嘴的尖端流出,然后通过一个小切口通过手术插入患者体内。为了将生物墨水固定在合适的位置,喷嘴会在病人柔软的内部组织中刺入一个小的空隙,然后在这个空隙中沉积一个液体锚点。当喷嘴随后被收回时,它将另一个液滴放在组织的外面,作为一个额外的锚。

科学家们将他们的生物打印结构制成多孔结构,以帮助细胞浸入含有营养、氧气和其他分子的液体中。生物墨水中高达77%的小鼠细胞在21天后仍能在结构中存活,研究人员发现他们使用互锁的策略可以使粘附强度提高4倍。Hoelzle指出,他们可以进行优化,以提高附着力。就像纺织品的不同缝合模式有不同的优势一样,必然会有不同的互锁模式来改善这些结果。

另外,研究人员警告说,他们并不打算以一种微创的方式在体内对整个心脏或肾脏进行生物打印。“组织工程材料的更传统的输送方法离这一成就还有好几年的路要走。”取而代之的是,“考虑通过提供一种带有栓系生长因子的生物材料来加速愈合,或者通过一种栓系药物来预防感染,来增强标准手术的能力。”

重要的是,该种生物墨水可以在正常体温下内部应用并使用非紫外线可见光光源固化成固体。

尽管这种物质有朝一日可能会被用来制造血管或椎间盘等部位,但人们希望它能进行一些更直接的用途,比如在受损或有缺陷的器官上提供贴片作用或创建疝气修复网等。

科学家们还预测,将使用机器人手术器械在人体内进行生物打印。“在一个典型的机器人手术中,外科医生要同时操作四个手臂,其中两个手臂同时进行,”Hoelzle说。“每只手臂都有一个可互换的工具,因此外科医生可以根据他或她目前需要的东西来交换工具。我们设想将生物材料bioink打印工具作为外科医生工具集中的另一种工具。”

Hoelzle和他的同事们目前正在研究第一代用于机器人手术的可互换生物打印附件,他们打算在今年年底前发布,“尽管来自COVID的研究限制正在减慢我们的速度,”他说。

来源:IEEE电气电子工程师

 

 

 

 

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