新型温控3D打印生物墨水对人工器官更安全
当前,3D生物打印技术通过制造三维活体组织和器官来治疗疾病和损伤,越来越受医疗机构和患者的欢迎。然而,为了有效地工作,用于生物打印的“墨水”必须使用紫外线或化学过程使其固化。但现在研究人员已经开发出一种新的生物墨水,它会随着体温的变化而变硬,这使得它在人工器官和组织再生应用中更加安全。
上图:研究人员开发了一种新的3D打印生物墨水,可以在体温下硬化。
生物打印使用3D可打印的生物墨水,这种物质通常含有细胞,可以引起身体产生旨在组织再生的生物反应。但由于3D打印过程的高压力,生物墨水必须具有特殊的机械和生物特性,才能用于挤压型生物打印机。同时,它们还需要具有生物相容性和可生物降解性。
目前,基于水凝胶的生物墨水在用于人体之前必须经过光固化过程。光固化引起交联,在水凝胶中的聚合物链之间形成强大的、永久的共价键,增加其在生理条件下的机械强度和稳定性。引入水凝胶以实现光固化的光引发剂是由紫外线(UV)光激活的,但紫外线会破坏细胞的DNA。而化学交联剂是光固化的另一种选择,它使用一种试剂(交联剂)来达到同样的效果。
现在,韩国科学技术研究院(KIST)的研究人员开发了一种新的水凝胶生物墨水,可以在不需要光固化或化学交联的情况下保持其物理结构。
该团队首次开发了一种基于聚(有机磷腈)的温度敏感水凝胶,该水凝胶在低温下以液体形式存在,这意味着它可以很容易地打印,并在体温(98.6°F/37°C)下硬化,而无需光固化或化学交联。
在接近体温的温度下,未光固化的3D生物打印材料物理稳定,并被生物降解为无毒材料。此外,研究人员还证明,这种新型生物墨水可以装载生长因子,能够长期储存。这些蛋白质可以刺激细胞生长和分化、身体的炎症反应和组织修复。
上图:3D打印支架,并应用于大鼠颅骨内。
研究人员将生长因子骨形态发生蛋白-2(BMP-2)和转化生长因子- 1(TGF-Beta1)混合到生物墨水中,并创建了一个3D支架,并将其植入大鼠受损的颅骨中。他们发现,周围的组织很快迁移到了支架上,促进了正常骨的再生。而且,支架在42天内缓慢降解。
该研究小组正在继续开发生物墨水,以用于骨骼以外的组织,并表示有朝一日可能用于人造器官。
该研究的通讯作者宋秀昌(音译)表示:“此次开发的生物墨水具有不同的物理性质,除了骨组织之外,正在进行将其应用于其他组织再生的后续研究,预计最终能够实现针对每个组织和器官的生物墨水的商业化。”
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