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哈佛大学开发生物3D打印复杂血管网络方法,进一步拓展血管疾病研究

日期: 2018-09-04
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心血管疾病是当今世界威胁人类最严重的疾病之一,其作用机制复杂,目前基于动物实验及平面细胞实验的研究与人体环境相差甚远,如果能够在体外构建一个可以模拟体内血管环境的血管模型,在这个模型上进行化学刺激和力学刺激,将会为心血管疾病机理的探讨提供高效的工具。


基于生物打印的方法在体外构建血管结构一直是组织工程领域的研究热点,常见的方法主要包括:直接打印管状结构和在凝胶结构中构建流道网络,虽然这些方法制造出的血管模型在一定程度上可以模拟真实血管的功能,但是它们无法同时满足化学加载和力学加载的要求,故无法用于体外模拟血管环境平台的搭建,进而难以用于血管类疾病机理的研究。


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近日,加州大学洛杉矶分校专业从事组织工程和生物打印的生物工程教授Ali Khademhosseini和他的团队开发了一种新的创新技术,用于生物打印模拟复杂血管网和管道的管状结构。这项突破性的研究最近发表在“ 先进材料 ”杂志上,可以用于植入或药物测试的组织生物打印。


该项目得到了美国国立卫生研究院的支持,正在与哈佛大学和布莱根妇女医院的研究人员合作开展。接下来是Khademhosseini之前的生物打印工作,他开发了一种定制的多材料生物打印机,用于生产复杂的人造组织。


虽然在生物医学领域中有许多努力将血管整合到生物打印的组织中,但是并没有多少人成功地匹配天然血管网络的复杂性和可变性。据报道,联合研究小组提出的最新方法比以往任何时候都更接近于模仿复杂的血管网络。


“身体中的血管不均匀,”该研究的资深研究人员,BWH医学系的生物工程师Yu Shrike Zhang博士解释道。“这种生物打印方法可以生成复杂的管状结构,模仿人体系统中的结构,比以前的技术具有更高的保真度。”

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该过程包括从人体细胞和水凝胶材料制成的专门生物链。由亲水聚合物组成的水凝胶经过优化,以促使人体细胞在整个油墨中增殖。接下来,将生物粉末的盒子装入生物打印机中,该生物打印机配备有喷嘴,该喷嘴被定制用于连续打印具有多达三层的管状结构。


至关重要的是,使用新方法打印的管状结构是可灌注的,这意味着流体和营养物可以有效地通过它们传输以在整个组织中携带。当然,血管在将营养物质带入整个有机组织并使其茁壮成长方面发挥着关键作用。在人造组织中,需要相同的功能。


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