這是一個古老的醫(yī)學(xué)夢想：如果干細(xì)胞可以人工制造出任意種類的組織，那么身體自身的細(xì)胞就可以治愈傷口，甚至有一天可以制造出人造器官。然而，很難將細(xì)胞制成所需的形狀。迄今為止存在的方法可以分為兩種根本不同的類別：一種是首先創(chuàng)建小的組織構(gòu)件，例如圓形細(xì)胞團(tuán)塊或扁平細(xì)胞片，然后將它們組裝起來，另一種是首先創(chuàng)建一個精細(xì)的多孔支架，然后用細(xì)胞培養(yǎng)。兩種方法都有優(yōu)點和缺點。
在 TU Wien(維也納)，現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)了第三種方法：使用一種特殊的基于激光的 3D 打印技術(shù)，可以生產(chǎn)直徑小于三分之一毫米的微型支架，可以容納數(shù)千個細(xì)胞。這樣，從一開始就存在高細(xì)胞密度，但仍然具有適應(yīng)結(jié)構(gòu)形狀和機(jī)械性能的靈活性。
有腳手架還是沒有腳手架?
“迄今為止開發(fā)的基于支架的方法具有很大的優(yōu)勢：如果您首先制作多孔支架，您可以精確定義其機(jī)械性能，”當(dāng)前研究的主要作者，在 TU 研究的 Olivier Guillaume 博士說Wien 在材料科學(xué)與技術(shù)研究所的 Aleksandr Ovsianikov 教授的團(tuán)隊中。“支架可以根據(jù)需要是軟的或硬的，它由在體內(nèi)降解的生物相容性材料組成。它們甚至可以配備促進(jìn)組織形成的特殊生物分子。”
然而，缺點是很難快速和完全地用細(xì)胞填充這樣的支架。盡管已經(jīng)對自動化流程進(jìn)行了研究，但今天仍然需要進(jìn)行大量手動工作。尤其是大型支架，細(xì)胞遷移到結(jié)構(gòu)內(nèi)部需要很長時間;通常細(xì)胞密度仍然非常低且不均勻。
如果不使用這樣的腳手架，情況就完全不同了。也可以簡單地生長小細(xì)胞團(tuán)塊，然后將它們以所需的形狀連接在一起，以便它們最終合并。使用這種技術(shù)，細(xì)胞的數(shù)量從一開始就很大，但幾乎沒有任何可能干預(yù)這個過程。例如，細(xì)胞球可能會改變它們的大小或形狀，并且組織最終會具有與預(yù)期不同的特性。
活細(xì)胞符合高分辨率 3D 打印工藝
“我們現(xiàn)在成功地結(jié)合了這兩種方法的優(yōu)勢——使用我們在維也納工業(yè)大學(xué)研究多年的超高分辨率 3D 打印方法，”Aleksandr Ovsianikov 教授說。
這種雙光子聚合技術(shù)使用一種光敏材料，該材料通過激光束精確地在所需位置固化。以這種方式，可以以小于一微米的范圍內(nèi)的精度生產(chǎn)結(jié)構(gòu)。
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