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皓天鑫
【中國智能制造網(wǎng) 技術前沿】日前，加利福尼亞大學利用3D細胞圖案化技術來3D打印復雜的折疊形狀的活組織。這有助于研究細胞如何分化以響應體內(nèi)組織折疊期間發(fā)生的機械變化，甚至有助于生物軟機器人的發(fā)展。
技術攻堅 科學家用3D打印制作折疊形狀的活組織
近日，加利福尼亞大學舊金山分校的生物工程師正在使用稱為細胞DNA編程組裝(DPAC)的3D細胞圖案化技術來3D打印復雜的折疊形狀的活組織。這項研究可以幫助科學家創(chuàng)造出復雜和功能性的合成組織。
3D打印技術已經(jīng)讓科學家在從人類或動物細胞創(chuàng)造合成組織方面取得了長足的進步。但即使是先進的生物打印機，也往往不能成功復制根據(jù)發(fā)育規(guī)劃生長的組織的關鍵結構特征。例如，幫助我們發(fā)揮功能的許多彈性和皺紋部位，我們稱之為人體組織中的自然褶皺，這是使用3D打印機不容易復制的。
在加利福尼亞大學舊金山分校進行的新研究可能標志著組織工程學的一個重要轉折點，特別是那些難以復制的折疊結構。參與研究的科學家發(fā)現(xiàn)，通過機械活動的小鼠或人類細胞(特別是間充質(zhì)細胞)對細胞外基質(zhì)纖維的薄層進行構圖，它們能夠從活組織中產(chǎn)生碗、線圈和漣漪。
作者，加州大學舊金山分校博士后研究員Alex Hughes表示：“我們開始意識到，將自然發(fā)展過程分解為工程學原理是可能的，然后我們可以重新利用這些原理來建立和理解組織。這在組織工程中是一個全新的角度。”
該研究涉及使用稱為細胞DNA編程組裝的3D細胞圖案化技術，其可用于建立組織的空間模板。然后，這個組織模板將自身折疊成復雜的形狀，模仿組織在開發(fā)過程中分層組裝的方式。
這是因為間充質(zhì)細胞有效地“牽引”在其周圍的繩狀細胞外基質(zhì)(ECM)纖維網(wǎng)絡上，導致整個結構發(fā)生拱形或變形。
令人興奮的是，科學家已經(jīng)牢牢掌握如何進行細胞編程組裝，以便操縱其折疊行為。研究人員說，通過特殊的方式安排間充質(zhì)細胞，他們能夠制造出與“簡單模型”所預測的非常相似的“形狀轉變”的活體構建體。
作者Zev Gartner說：“開發(fā)已經(jīng)開始成為工程的畫布，通過將開發(fā)的復雜性分解成更簡單的工程原理，科學家們開始更好地理解并終控制基礎生物學。”
基于當前情況，研究人員有幾個途徑可以探索。首先，他們想知道是否可以將折疊的組織發(fā)育程序結合到其他控制組織圖案的程序中，以全面處理細胞。其次，他們希望花更多的時間來研究細胞如何分化以響應體內(nèi)組織折疊期間發(fā)生的機械變化。
終，這個重要的工作可以從生物3D打印器官或用于藥物測試的微型“類器官”的任何地方產(chǎn)生連鎖效應，一直到生物軟機器人的發(fā)展。
Gartner補充說：“對我來說，這個想法是如何工作的，以及細胞的行為如何令人驚訝？這個想法向我們展示了，當我們展示強大的開發(fā)設計原則時，從工程學的角度來看，我們可以做的只有我們的想象力。”
據(jù)悉，研究人員的這項創(chuàng)新研究已于近發(fā)表在“發(fā)育細胞”雜志上。
(原標題：生物工程師使用3D打印技術打印復雜折疊形狀的活組織)
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