研究团队开发出用于合成组织的DLP 3D打印生物树脂

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3D虎 2018-06-12 14:15:20 1104
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在典型的生物制造和生物3D打印方法中,被称为bioinks的细胞载入水凝胶结构层被挤出以构建功能性生物组织。但使用载有细胞的生物树脂代替bioinks,可以使用光刻生物打印方法【如数字光处理……

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  在典型的生物制造和生物3D打印方法中,被称为bioinks的细胞载入水凝胶结构层被挤出以构建功能性生物组织。但使用载有细胞的生物树脂代替bioinks,可以使用光刻生物打印方法【如数字光处理(DLP)和立体光刻(SLA)】来创建比基于挤出的3D打印更复杂的图案;这些模式在模仿复杂的组织结构方面也做得更好。


研究团队开发出用于合成组织的DLP 3D打印生物树脂


  在新西兰奥塔哥基督城大学整形外科和生物工程和纳米医学中心领导基督城再生医学和组织工程(CReaTE)小组的副教授Tim Woodfield正领导一个研究小组,该研究小组开发了一种基于DLP技术的生物树脂,该技术能够以25至50微米的小型高分辨率特征生物打印载有细胞的水凝胶结构。


  该团队的DLP技术将带有数字微镜器件的UV或可见波长光的图案化掩模投射到聚合物树脂缸中的底部表面上。一旦它们暴露在光线下,树脂的某些区域就会聚合起来,平台向上移动,形成一个新层。


研究团队开发出用于合成组织的DLP 3D打印生物树脂


  Woodfield说:“这种结构不能用挤压生物打印来制造。”


  两种不同类型的水凝胶(PVA-MA和Gel-MA)组成生物树脂,以及光反应性化合物,该化合物在用可见光照射时引发化学反应。一旦1 wt% Gel-MA的树脂生物功能化,用该技术产生的超过90%的生物打印细胞存活达3周;此外,种子细胞成功地附着在凝胶上,并散布在其上。


  据悉,该团队还包括来自荷兰Utrecht大学医学中心(UMC)和爱丁堡Heriot-Watt大学的研究人员。他们已于最近在生物制造杂志上发表了一篇论文,题目为“Bio-resin for high resolution lithography-based biofabrication of complex cell-laden constructs “。


  根据论文摘要写道:“虽然重大进展一直致力于开发基于挤压的生物打印的细胞载体bioinks,但人们对于细胞相容生物树脂的开发以及它们在基于光刻的生物制造中的应用的关注不多,这限制了前景看好的技术的进步。在这项研究中,我们开发了一种基于甲基丙烯酸酯化聚乙烯醇(PVA-MA)、明胶-甲基丙烯酰基(Gel-MA)和基于过渡金属的可见光光引发剂的新型生物树脂。显示高摩尔吸收率的可见光光引发系统允许在25-50μm范围内生物打印具有高分辨率特征的构建体。具有1 wt% Gel-MA的生物功能化树脂使得封装细胞能够长期存活(> 90%)高达21天,并且使得接种和铺展打印在水凝胶上接种的内皮细胞成为可能。具有复杂和有序结构的高分辨率细胞负载水凝胶构建体成功地被生物打印,其中包封的细胞保持活力,均匀分布且兼具功能性。骨和软骨组织合成通过包封的干细胞得到证实,这突显了这些DLP-生物打印水凝胶用于组织工程和生物制造的潜力。“


  据生物医学工程师Khoon Lim博士说,该研究的主要作者是Otago Christchurch大学的研究员,该生物树脂的宏观组分是生物聚合物和合成聚合物的混合物。


研究团队开发出用于合成组织的DLP 3D打印生物树脂


  “基于平版打印的制造技术长期以来一直用于珠宝制造和汽车行业,例如,使用一系列市售树脂。这些树脂通常含有有机溶剂或有毒化学品,并且需要仅能溶于有毒有机溶剂的光引发剂。为了制造我们的生物树脂,我们采用了大分子(光响应PVA-MA和Gel-MA)和光引发剂钌的组合。所有这些成分都是水溶性的,对细胞没有毒性,“Lim博士解释说。


  “PVA-MA具有多种物理和机械性能,我们可以根据批次间变化量身定制。而且我们知道PVA水凝胶在这里是很好的候选者,因为它们以前被用于多种组织工程应用,包括神经元、软骨和骨骼。“


  生物树脂中使用的光引发剂在商用DLP 3D打印机的定制400-450nm波长处非常有效。这让研究人员能够制作精确的水凝胶结构,具有出色的空间分辨率。


研究团队开发出用于合成组织的DLP 3D打印生物树脂


  Woodfield解释说:“所有这些组件的组合使我们能够制造具有物理力学性能的生物功能水凝胶,这些水凝胶可以根据不同的组织工程应用进行调整。”


  Woodfield还表示,由于团队的方法提供了如此高的分辨率,因此可以在DLP 3D打印结构的表面轻松创建支柱和光栅等拓扑特征。细胞也可成功嵌入生物树脂构建体内而不沉降,并具有高细胞活力。到目前为止,该团队已经使用他们的新生物树脂来合成骨和软骨组织。


  “这些特征提供了控制细胞行为所需的物理和空间线索,这再一次证明,我们不能通过挤压生物打印来轻松实现这一点。我们还可以制造复杂的结构,如固有的血管网络或细胞载入的宏观和微流体装置,“Woodfield说。“我们现在计划在不同的应用中尝试它,例如为高通量药物测试和血管工程制作肝脏永利娱乐场官网和癌症永利娱乐场官网。”


  据悉,该研究论文的共同作者包括Lim博士、UMC Utrecht的Riccardo Levato、Pedro F. Costa、Miguel D. Castilho、Cesar R. Alcala-Orozco与CReaTE Group、UMC Utrecht的Kim MA van Dorenmalen、Heriot-Watt大学的Ferry PW Melchels 、UMC Utrecht的Debby Gawlitta、CReaTE Group的Gary J. Hooper、Jos Malda与UMC Utrecht和Woodfield。


延伸阅读:创想三维:确认过眼神 这就是我想要的3D打印机

(来源:3D虎) 关键词: 生物3D打印 3D打印 3D打印技术
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