3D生物打印的新应用 人类大脑皮层制造

国际金属加工网 2021年04月15日

自从3D生物打印技术的问世,从皮肤到内脏器官都实现了人工制造,并且这些创新在解决致命疾病和测试药物功效方面具有巨大潜力。近期美国麻省理工学院(MIT)和印度理工学院Madras的科学家开发了一种新型3D打印微流生物反应器,该反应器能够生长自组织的人类大脑组织。

3D生物打印的新应用 人类大脑皮层制造
3D打印生物反应器中的神经细胞

使用SLA 3D打印和日常牙科树脂,研究人员能够创建活的神经细胞培养片上器官设备,以及用于在体外条件下生长它们的生物反应器。该团队的设置仅需5美元,就可以进行商业化的培养皿的更便宜的选择,涉及药物测试和开发针对痴呆症或自闭症等疾病的治疗方法。

通过在体外环境中培养多能干细胞,可以将其生长成微型器官或“类器官”,例如肾脏,心脏或大脑。此类类器官对于临床医生而言可能是有用的药物筛选工具,但是它们需要在温育条件下生长,并且对其进行密切监视可能会破坏其发育。

人体器官还需要源源不断的营养才能生存,但是随着时间的流逝,它们的核心变得越来越容易被切断和营养不良,从而损害了它们的细胞生存能力。相比之下,片上实验室设备越来越多地使科学家能够以更高的自由度和更容易获得的价格培养更小的细胞体积。

尽管这些微流体系统传统上是通过软光刻技术创建的,但在设计灵活性方面,多步技术仍然受到限制。为了解决这个问题,美国印第安研究人员因此采用了3D打印技术来生产生物反应器,该反应器不仅可以简化生产过程,而且可以实现紧密的,非侵入性的细胞控制。

3D生物打印的新应用 人类大脑皮层制造
科学家使用3D打印的生物反应器将干细胞培养到人类新皮层中

在他们的实验装置中,科学家使用Form 2 3D打印机和生物相容性树脂生产带有内置“成像孔”的微流控芯片,从而使他们能够长期培养类器官。一旦植入装有Matrigel的神经细胞,这些设备就会用透明的玻璃盘覆盖,并在定制的生物反应器中加热,这使该团队可以密切监视其类器官的进展。

每口井都带有一个热敏电阻端口,这意味着可以在封闭的过程中通过套管体外递送药物。根据Khan的说法,该团队的新颖设置允许“不断灌注培养室,从而更紧密地模仿生理组织”,从而使类器官的核心得到了营养,并最终减少了细胞死亡。

在测试过程中,科学家甚至能够将其干细胞培养到类似于新皮层的脑室中,新皮层是负责更高大脑功能的大脑组织。尽管该团队仅监测其类器官的进展7天,但他们并没有看到细胞活力的下降,并相信它们可以在未来更长的时间内生长。

目前,研究人员正在努力通过增加阀门和泵来提高其芯片的效率,但从长远来看,他们看到其设备已应用于工业药物测试环境中,从而为用户提供了一种经济高效的交互建模方法在病原体和人脑之间。


( 中关村在线)

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