突破組織工程的新技術(shù)之3D打印多血管網(wǎng)絡(luò)和功能構(gòu)建的介紹
瀏覽次數(shù):445 發(fā)布日期:2024-9-27
來源:本站 僅供參考,謝絕轉(zhuǎn)載,否則責(zé)任自負
LumenX Gen 3是由Cellink公司推出的DLP(數(shù)字光處理)光生物打印機,專為高度精密的生物結(jié)構(gòu)打印設(shè)計,尤其適用于微流控系統(tǒng)和復(fù)雜的血管網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建。這款設(shè)備的核心技術(shù)依賴于405納米波長的可見光,利用光聚合反應(yīng)將光敏性水凝膠材料逐層固化,構(gòu)建出復(fù)雜的3D生物結(jié)構(gòu)。
一 主要特點
- 高精度分辨率:LumenX Gen 3的像素分辨率高達35微米,確保打印的每一層結(jié)構(gòu)都能夠精確細致。這一精度使得它能夠打印出極為復(fù)雜的微流控結(jié)構(gòu)和血管網(wǎng)絡(luò)。
- 灰度打印技術(shù):該設(shè)備配備了灰度打印功能,可以根據(jù)需求調(diào)整材料的硬度,創(chuàng)建不同的生物機械梯度。這種能力在再生醫(yī)學(xué)、組織工程中,尤其在模擬體內(nèi)組織力學(xué)環(huán)境時非常重要。
- 溫控和穩(wěn)定性:LumenX Gen 3的溫度控制范圍為室溫至60°C,并且能夠通過均勻的光強分布確保每一層的光聚合材料一致交聯(lián),這意味著無論模型位置如何,都能保持打印質(zhì)量的一致性。
- 模塊化構(gòu)建平臺:該設(shè)備允許使用不同尺寸和材料的打印平臺,適合打印各種模型大小,優(yōu)化了材料的使用效率。
- 微流控系統(tǒng)的復(fù)雜構(gòu)建:LumenX Gen 3特別適合微流控芯片和器官芯片的制造,能夠快速構(gòu)建具有復(fù)雜幾何形狀的微流控系統(tǒng),省去傳統(tǒng)鑄造工藝的繁瑣步驟,同時提高了時間和成本效率。
- 適用于活細胞打印:通過緊密的溫度控制和滅菌工藝,LumenX Gen 3能夠大大提升細胞在打印過程中的存活率,適合用于活細胞打印。
二 應(yīng)用領(lǐng)域
- 組織工程:LumenX Gen 3憑借其精細打印和灰度控制功能,能夠解決生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中復(fù)雜的血管網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建難題。在打印多血管結(jié)構(gòu)時,能夠生成類似體內(nèi)的生物環(huán)境,使打印的組織結(jié)構(gòu)更接近自然。
- 藥物開發(fā):通過創(chuàng)建生物力學(xué)特性可控的組織結(jié)構(gòu),研究人員能夠在早期階段評估藥物的效果,從而降低開發(fā)成本。
- 微流控系統(tǒng):該設(shè)備能夠快速打印用于控制流體流動的復(fù)雜微流控芯片,并且可以直接在芯片中工作或后期進行細胞接種。
三 使用該技術(shù)打印的微流控文章速遞
文章名稱:《Multivascular networks and functional intravascular topologies within biocompatible hydrogels》
發(fā)表雜志:《Science》
影響因子:47.728(2020年)
發(fā)表日期:2019年5月3日
文章背景:研究目的是通過3D打印技術(shù)制造與生物系統(tǒng)類似的多血管網(wǎng)絡(luò),用于解決厚組織中細胞供氧和養(yǎng)分輸送的問題。這些人工血管網(wǎng)絡(luò)有助于增強3D打印組織和器官芯片的功能性,推動組織替代物的發(fā)展。
1 交織血管網(wǎng)絡(luò)(Entangled Vascular Networks )
研究人員設(shè)計了一個由兩個網(wǎng)絡(luò)交織組成的模型,一個為蛇形通道,另一個為圍繞蛇形通道的螺旋通道。這種設(shè)計用于模擬氣體交換。在實驗中,氧氣通過螺旋網(wǎng)絡(luò),去氧紅細胞(RBCs)通過蛇形網(wǎng)絡(luò)。研究表明,隨著流速降低,去氧紅細胞的氧飽和度和氧分壓顯著增加。
2 血管化肺泡模型拓撲(Vascularized Alveolar Model Topology)
Vascularized Alveolar Model Topology結(jié)構(gòu)是一種由多面體填充空間的泡沫結(jié)構(gòu)模型,該模型用于創(chuàng)建血管和氣道的模擬。研究人員使用了由兩種幾何體組成的單位元(十二面體和十四面體),去除了所有面、內(nèi)部邊緣和頂點,生成了血管骨架。通過將血管結(jié)構(gòu)縮小,并將其嵌套到氣道中,研究者得到了一個最終的三維模型。該模型用于模擬氣道膨脹和收縮對周圍血管的影響。
3 血管內(nèi)靜態(tài)混合器(Intravascular Static Mixer)
通過單片水凝膠3D打印的復(fù)雜血管內(nèi)靜態(tài)混合器,其核心由厚度為150微米的3D扭曲鰭片構(gòu)成,鰭片在1毫米的圓柱形通道內(nèi)交替旋向排列。當(dāng)層流流體通過時,鰭片產(chǎn)生復(fù)雜的流體混合效果。隨著鰭片數(shù)量的增加,流體混合速率明顯提高。這種設(shè)計適用于微流控系統(tǒng),能夠快速、有效地混合流體,為血管網(wǎng)絡(luò)或生物打印中的流體控制提供了精準解決方案。
4 血管化肝水凝膠載體(Vascularized Hepatic Hydrogel Carrier)
Vascularized Hepatic Hydrogel Carrier(血管化肝水凝膠載體)是一種用于肝細胞移植的生物材料載體,具有內(nèi)置的血管結(jié)構(gòu),能夠模擬體內(nèi)的血管環(huán)境。通過將肝細胞聚集體嵌入水凝膠中并在其中添加內(nèi)皮細胞,形成預(yù)血管化的網(wǎng)絡(luò),從而提高移植后的細胞存活率和功能性。這種載體有助于肝細胞與宿主組織及血液系統(tǒng)的整合,在組織工程和再生醫(yī)學(xué)中提供了新的治療途徑,特別是在肝臟修復(fù)和再生領(lǐng)域。
5 氧化血液灌流功能性水凝膠模型(Oxidized Blood Perfused Functional Hydrogel Model)
該模型用于評估水凝膠組織中細胞活性。該模型通過解凍冷凍保存的哺乳動物細胞,將其快速整合到具有血管結(jié)構(gòu)的可灌流水凝膠中。模型的特點是利用氧化紅細胞進行灌流,這顯著增強了表達螢火蟲熒光素酶的細胞功能,表現(xiàn)為細胞發(fā)出的光信號增加。這一過程依賴于細胞中ATP和氧氣的供應(yīng),使得該模型特別適合研究氧氣對細胞活性的影響,同時也為組織工程和再生醫(yī)學(xué)中的非侵入性細胞功能檢測提供了理想的平臺。