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            研究人員開發出新型生物墨水,用于3D打印個性化“芯片上的心臟”設備

            3D打印動態
            2024
            02/21
            16:24
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            本帖最后由 冰墩熊 于 2024-2-21 16:24 編輯

            2024年2月21日,南極熊獲悉,隸屬于蒙特利爾大學(UdeM),圣賈斯汀大學研究中心(Centre de recherche Azrieli du CHU Sainte-Justine)的研究人員開發出一種新型生物墨水,這種墨水經過優化,可用于3D打印個性化心臟芯片設備。

            △這項研究由UdeM藥理學教授Houman Savoji和博士生Ali Mousavi領導的研究團隊完成,并發表在最新一期的Applied Materials Today上,題目為“開發具有改進電機械性能的光交聯生物墨水,用于生物3D打印心臟BioRings”(傳送門)

            該團隊表示,這種新型可3D打印復合生物墨水能準確反映人類心臟的電活動、機械性能和生理機能。

            Savoji表示:"我們的研究使結合生物3D打印技術更快速、更精確地生產標準芯片心臟成為可能。更重要的是,我們的研究結果表明,打印出來的設備比人工生產的設備性能更好!

            △3D打印個性化心臟芯片設備

            3D打印“芯片上的心臟”

            這種新型的可3D打印生物墨水基于可光交聯的天然聚合物甲基丙烯酸明膠(GelMA)和甲基丙烯酸海藻酸鹽(AlgMA),以及導電性還原氧化石墨烯(rGO)納米材料。據研究作者稱,這是AlgMA首次用于組織心臟工程應用。

            在整個研究過程中,科學家們合成了水凝膠成分并對其進行了表征,配制出了各種材料濃度的生物墨水。為了開發出最佳的生物3D打印墨水配方,研究小組研究了不同組合的物理化學、結構、機電、細胞毒性、3D打印性和降解特性。

            在3D打印心臟設備時,還加入了不同類型的細胞。這些細胞包括新生大鼠心肌細胞、心臟成纖維細胞和HL-1細胞。

            △3D打印“芯片上的心臟”研究的不同階段

            該團隊表示,優化的生物墨水配方支持高水平的心臟細胞活力、增殖、擴散、伸長和排列。這使得"芯片心臟"設備能夠準確反映真實的人類心臟功能,包括細胞自發跳動。

            該研究的第一作者Mousavi說:"我們配制的生物墨水能最好地再現心臟的特性,如彈性和導電性,并具有生物3D打印所需的合適特性!

            Mousavi表示,目前,大多數"芯片上的心臟"設備都是在實驗室中,以非標準化方法單獨生產的。因此,它們往往缺乏工業規模生產的可擴展性。在這個研究項目中,研究小組采用了自動化、高通量的生物3D打印工藝,在12孔板中制作心臟模型。希望這種方法能提高3D打印心臟設備在醫療領域的應用。

            展望未來,研究人員將進一步開發用于藥物鑒定和測試應用的個性化3D打印心臟芯片設備。將新型生物墨水與患者干細胞相結合,就能3D打印出患者特異性心臟模型,從而促進個性化心臟藥物的開發。

            Mousavi補充道:"下一步將對健康和患病的心臟細胞進行比較,以開發實體心臟病理模型。這也將使我們能夠安全、準確地測試新治療分子對細胞的影響。"

            這項技術有望在醫學研究和藥物測試方面發揮重要作用,因為它能夠提供更真實的心臟模型,幫助科學家更好地理解心臟疾病的發展和藥物對心臟的影響。該研究的結果有望推動生物打印技術在醫學領域的進一步發展和應用。



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