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英科学家开发出革命性3D打印生物材料

2015-05-07 09:42
魏丁小陆
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  近日,英国斯旺西(Swansea)大学的科学家们开发出一种革命性的可生物降解组织支架。这种新的生物材料被称为Celleron,它是由一种液体生物聚合物和一种纤维衍生物构成的。这个研究项目是由斯旺西大学工程学院的Dan Thomas博士领导的,目前研究团队能够使用Celleron材料3D打印复杂组织的底层结构。

  “为了设计一种解决方案,我们想出了可3D打印的Celleron,它的成分十分复杂,其中包括:PLLA / PLGA、磷脂、布洛芬(ibuprofen)、石墨烯、胶原蛋白、抗生素和琼脂糖。我们设计的这种可做基质的聚合物能够对周围的细胞提供高分辨率支持。一旦打印完成,这种结构可以供独立的细胞粘附、以及支持细胞之间的通讯、分化等。”Thomas博士说。

  在3D打印后,当加入生物活化剂后Celleron就会发酵,并在其上面产生很多微孔。这就大大增加了其表面积和机械强度,并且为细胞的迁移提供了深入结构的路径。这个时候蛋白生长因子就会浸透这个多孔的支架并把它变成具有生物吸引力的复合材料。

  这种自上而下的3D打印工艺可以制造出准确的结构,所以可以在许多应用中使用。今年早些时候,斯旺西研究团队就用Celleron材料3D打印出一个孩子耳朵的复杂几何形状。

  “由于其在技术上的挑战性,耳朵成为构建人体组织早期的对象之一。”Thomas博士解释说。 “我们可以用软骨细胞、结合营养物和其它关键的生长要素制造出一种有效的软骨基复合材料。这些实验表明,当Celleron被放置到一个保留生物功能的干细胞培养支架上时,细胞能够迅速增殖,随后,这种Celleron聚合物复合材料就变成了一种组织。”

  斯旺西研究团队首先改装了 3Dynamic Alpha 3D生物打印机,这是一款目前世界各地许多研究人员都用来沉积生物材料支持结构的主力3D生物打印机。

  该研究团队还计划利用类似的生物打印工艺过程开发牙齿种植体,然后希望通过3D打印技术开发出耐用的生物心脏瓣膜组织结构。据了解,为了展示Celleron作为3D打印材料的巨大潜力,斯旺西大学的研究人员还完整地3D打印了复杂的人体心脏内部结构。他们这么做的目的是希望能够激发人们对于3D生物工程技术的想象力以及它作为一个未来可能实现的技术所具备的可能性。

  目前斯旺西大学研究团队的研究重点是使用生物反应技术使这些组织获得生命力。例如,采自骨髓的成熟间充质干细胞正在被用于测试不同细胞类型是否可以用来制造出由多种细胞类型组成的复合组织。

  “间充质干细胞的优点是,它们可以分化成各种组织、提供营养支持,并且也可以调节免疫反应。 我们正在探索能否将这些组织分化成为血管。为此,我们还需要用到内皮干细胞,这是在骨髓中发现的三种多能干细胞之一。”Thomas博士指出。

  为了加速3D生物打印技术的发展,明年,斯旺西研究团队计划将这一生物聚合物的配方和3D生物打印技术与全世界的研究人员分享。
 

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