组织工程刚刚得到了狂野和唤醒。

除了轻盈和生物链接,科学家们使用可以直接打印吗老鼠皮肤下类似人耳的结构。研究小组用一只健康的耳朵作为模板,3D打印出耳朵的镜像——一层一层的组织,直接打印到老鼠的背部。

都不用动手术。

如果你觉得这很恐怖,是的,我同意。然而,作为概念验证,该团队表明,即使是像耳朵这样复杂的组织层,也有可能建立或重建,而不需要手术植入。这意味着,有一天,只要简单地挥动一根复杂的光棒,就有可能直接修复耳朵或其他表面组织缺损——无论是遗传的还是外伤造成的。

基于它的多功能性,技术(长呼吸),数字光处理(DLP),数字光处理(DLP),在过去十年中获得了大量关注。基本思想是将含细胞的生物芯注入受伤的组织,然后在生物链中闪耀着光无侵入性的“激活”细胞的光。根据细胞类型,它们可以修复受损脊髓,神经纤维或血管。

这项研究上周发表在科学推进,该团队进一步迈出了这项技术。使用计算机辅助设计,它们设计了多种形状,并将数据馈送到数字微镜设备类型的像在一个真正花哨的相机镜头和一个微小的镜子之间的交叉之间。

然后,该装置动态地产生红外线梁,其穿透组织和“构建”的活组织的结构。在20秒内,该团队能够在生活鼠标上产生人耳的基本形状,耳状形状保持其复杂结构至少为一个月。

作者表示,他们的工作表明,直接在人体内部进行非侵入性3D打印是可能的,这可能“为医疗3D打印开辟了一条新途径,推动了微创或非侵入性医学的发展。”

手术问题

3D组织工程中最大的障碍之一不是技术。相反,这是对手术的需求。

大多数目前的生物制药组织原型在实验室内完成,科学家可以维持更复杂的组织如何生长的控制。例如,肺一般从捐赠的肺样本开始,其细胞使用洗涤剂洗掉,然后用新的供体细胞进行重新灌注。其他创新方法使用苹果作为耳朵的支架,或者添加抗生素和其他药物直接进入3d打印骨骼帮助对抗炎症。

作者写道,这些方法的问题在于,它们最终都需要手术。需要采集组织,通过手术插入受伤部位,然后产生更多伤害植入物和周围组织。其后果包括长期住院、重复手术、植入物移除等,更不用说疼痛了。

这些传统的衰败部分解释了为什么基于光的组织打印技术能引起生物工程界的关注。如果某些光波可以穿透皮肤,为什么不利用光直接激活生物墨水细胞,从内部构建组织结构呢?

神奇的光棒

对于灯光构建组织,需要填充两个艰难的要求:一个,穿透组织。两种,聚合或“激活”生物链电池并支撑基质以开始自组装成结构。

“传统上,紫外线或蓝光被剥削以协助生物监测... [但它们具有]组织渗透能力不佳,”团队解释说。更重要的是,紫外线也会造成损坏 - 如果您愿意到新生和周围的组织,则会损坏“晒伤”。

相比之下,近红外光或尼尔可以激活生物链,并深入组织。因为可以调整不同的光的光图案以不同地激活生物链,而不是在层内和层之间的不同之处,团队决定使用光触发的生物印刷。

他们首先设计了一种“纳米引发剂”,这是一种将图案光照射到支撑材料(通常是水凝胶)上并交联成固体结构的化学物质。然后他们用电脑设计出多种形状,并将数据发送到电脑芯片来控制光线投射。少量的近红外光模式通过透镜投射到注入生物墨水的各种组织中,生物墨水中包含了纳米引发剂和细胞。然后,团队坐下来,看着他们的设计变成了现实。

作为第一次测试,他们在仅仅15秒内就能在体外打印出一层壳状结构。然后,他们的雄心壮志更加高涨,他们印刷了各种各样的形状——一个三层蛋糕,一个姜饼人(不是开玩笑),一个海星,一个婴儿椅状的建筑。

体印刷

然后,他们开始了一项重大研究:直接在体内进行生物打印。

这与生物体内的氧气水平抑制了交联效果,这意味着墨水不能变得坚实的结构,这是一个更困难。

但团队发现了一个成功的食谱。经过一周的生物打印后,他们发现新组织和周围组织都没有炎症和其他缺陷。

进一步逐步,他们将健康人耳朵的图像进入其系统并产生了那个耳朵的镜像。然后它们注射了含有软骨细胞的生物链 - 一种细胞,其构成耳朵的软骨结构,并将NIR光线闪闪发光,使得将“个人耳朵形状”的闪光灯闪闪发光,该闪光灯将“个人耳朵形状”的闪光灯闪闪发光。在半分钟内,耳朵造成其形状。在一个月内,印刷耳开始建立自己的支撑结构,以进一步保持其形状。

一种更好的治愈方法?

制造新的组织并不是这项技术唯一能做的事情。在另一项研究中,该团队发现同样的方法可以治愈严重的伤口。

该团队解释说,受伤通常是由挤压或其他创伤造成的。先前的研究发现,脂肪来源的干细胞可以帮助组织再生。研究小组将含有这些细胞的支架打印到肌肉受伤的老鼠体内,并用光照激活打印出来的组织。在10天内,与对照组相比,小鼠“显示出明显的伤口闭合”,作者说。

综上所述:这是科学家首次能够在不需要任何手术的情况下,在促进伤口愈合的同时,再生体内组织。当然,从“在老鼠背上造出一只人的耳朵”到“再生一只受伤的耳朵”还有很长的路要走,但作为概念证明,这项研究表明这是可能的。

因为光线不能穿透身体的深处,这项技术也有局限性,只能用于表面组织。老鼠自身的循环系统是否会渗入打印出来的耳朵,为它提供长期生存所需的营养,这也是一个谜。目前,生物工程耳朵还没有感觉——添加神经系统并将其连接到主要宿主仍然是一个重大挑战。

但未来看起来很明亮。“没有手术植入,在体内成功产生定制的活性组织构建体。作者结束了,这项工作将开设新的3D打印研究和推进非侵入性医学领域的途径。

图片来源:光触发3D生物打印,作者是四川大学华西医院生物治疗与癌症中心国家重点实验室郭马玲教授

Shelly Xuelai Fan是一个神经科学家转向科学作家。她在不列颠哥伦比亚省大学的神经科学中完成了博士学位,在那里她开发了新的神经变性治疗方法。在研究生物脑的同时,她对AI和所有东西都很着迷。毕业后,她搬到了UCSF,研究了恢复老年大脑的基于血液的因素。她是 ...

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