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哈佛大学《Nature Communications》:打破常规的分子切割法!实现功能性软组织DLP生物打印

哈佛大学《Nature Communications》:打破常规的分子切割法!实现功能性软组织DLP生物打印

  • 分类:行业动态
  • 发布时间:2022-12-15 16:51
  • 访问量:

【概要描述】

哈佛大学《Nature Communications》:打破常规的分子切割法!实现功能性软组织DLP生物打印

【概要描述】

  • 分类:行业动态
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2022年6月9日,哈佛大学医学院 Yu Shrike Zhang等研究人员在《Nature Communications》上发表题为Molecularly cleavable bioinks facilitate highperformance digital light processing-based bioprinting of functional volumetric soft tissues(分子可切割生物墨水:促进基于高性能数字光处理的功能性软组织生物打印)的研究论文,提出了一种分子裂解方法,其中透明质酸甲基丙烯酸酯(HAMA)与明胶甲基丙烯酰混合以实现高性能生物打印,然后对HAMA进行选择性酶解,从而在不损失结构复杂性和保真度的情况下获得组织匹配的机械性能。

原文连接:

https://www.nature.com/articles/s41467-022-31002-2

 

  文章简介  

DLP数字光处理生物打印有利于提高组织结构复杂性的生物制造。然而,用这种方法制造软组织以平衡生物墨水的物理性能,以实现高精度的生物打印和合适的微环境,从而使被包裹的细胞茁壮成长,这至今仍然是一个挑战。本研究提出了一种分子裂解方法,其中透明质酸甲基丙烯酸酯(HAMA)与明胶甲基丙烯酰混合以实现高性能生物打印,然后对HAMA进行选择性酶解,从而在不损失结构复杂性和保真度的情况下获得组织匹配的机械性能。该方法允许多种生物打印组织类型的细胞形态和功能改进,这些组织类型具有广泛的机械硬度(从肌肉到人体最柔软的器官大脑)。这一方法允许研究人员能够在机械上精确地进行生物制造,以满足目标组织的生物功能要求,为组织和组织模型工程的广泛应用铺平了道路。

  研究背景  

3D生物打印与精心设计的生物墨水的适当集成是相当有必要的,以满足组织生成优化的多因素机械和生理要求。迄今为止,在使用各种3D生物打印方式生产具有组织模拟形状和几何形状的结构复杂结构方面已经取得了重大进展。值得注意的是,与其他生物打印方法(如基于挤压的技术)相比,使用基于数字光处理(DLP)的3D生物打印通常在打印速度和结构复杂性方面表现出优越的性能。
尽管结构的复杂性在组织再现中起着至关重要的作用,但为了获得适当的组织特异性功能,生理微环境也是必不可少的。事实上,很少有专注于优化用于DLP生物打印的生物墨水的研究工作,生物墨水应该满足打印保真度的机械要求,同时满足负载细胞类型的生物学要求。特别是,构建诸如大脑和肝脏等柔软的器官模拟物仍然具有很高的挑战性。事实上,在软组织生物结构的生物墨水开发上,其先决条件通常在不同的生物打印方式之间是相互排斥的。一方面,具有较强机械性能的生物墨水可以帮助挤压生物打印中的丝状沉积或DLP生物打印中的层状提升。然而,对于起源于软组织的细胞来说,僵硬的生物墨水网络导致了有限的细胞功能,包括但不限于细胞扩散、增殖和分化。另一方面,与软组织来源的细胞兼容的生物墨水的机械性能通常不足以促进生物打印过程,特别是当需要体积结构时。目前关于DLP生物打印的大量现有报告很好地说明了这一困境:当(生物)墨水力学提高时,可以获得高保真、体积复杂且生物活性有限的结构,但具有良好细胞活性的软生物墨水只允许创建平面或伪3d组织结构。因此,缺乏细胞兼容但机械可调的生物墨水设计仍然是进一步应用真正3D、结构和生物学相关组织结构的DLP生物打印的主要障碍。

  研究内容解读  

该文章报告了GelMA/HAMA生物墨水作为一种广义方法的应用,这可能会改变DLP生物打印领域。这种方法提供了前所未有的生物打印可能性,设计的结构可以以高结构复杂性和保真度打印,并且打印后对HAMA组件进行酶消化,以满足目标组织的机械和生物学要求。这两个要求通常是相互矛盾的,这对传统的基于dlp的生物打印构成了重大挑战,但该研究使用极其简单而强大的分子切割方法成功地解决了这一问题。基于实验结果和理论建模,研究人员建立了广泛的力学参数图谱库,通过调整生物墨水配方和消化条件,实现了广泛可调和精确可控的力学性能。

1使用GelMA/HAMA生物墨水的高保真DLP生物打印,具有广泛可调的机械性能。

——END——

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