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【中國智能制造網(wǎng) 技術(shù)前沿】日前，加利福尼亞大學(xué)利用3D細(xì)胞圖案化技術(shù)來3D打印復(fù)雜的折疊形狀的活組織。這有助于研究細(xì)胞如何分化以響應(yīng)體內(nèi)組織折疊期間發(fā)生的機(jī)械變化，甚至有助于生物軟機(jī)器人的發(fā)展。
技術(shù)攻堅(jiān) 科學(xué)家用3D打印制作折疊形狀的活組織
近日，加利福尼亞大學(xué)舊金山分校的生物工程師正在使用稱為細(xì)胞DNA編程組裝(DPAC)的3D細(xì)胞圖案化技術(shù)來3D打印復(fù)雜的折疊形狀的活組織。這項(xiàng)研究可以幫助科學(xué)家創(chuàng)造出復(fù)雜和功能性的合成組織。
3D打印技術(shù)已經(jīng)讓科學(xué)家在從人類或動物細(xì)胞創(chuàng)造合成組織方面取得了長足的進(jìn)步。但即使是先進(jìn)的生物打印機(jī)，也往往不能成功復(fù)制根據(jù)發(fā)育規(guī)劃生長的組織的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)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(jī)不容易復(fù)制的。
在加利福尼亞大學(xué)舊金山分校進(jìn)行的新研究可能標(biāo)志著組織工程學(xué)的一個重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)，特別是那些難以復(fù)制的折疊結(jié)構(gòu)。參與研究的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，通過機(jī)械活動的小鼠或人類細(xì)胞(特別是間充質(zhì)細(xì)胞)對細(xì)胞外基質(zhì)纖維的薄層進(jìn)行構(gòu)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(xué)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(xué)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(xì)胞DNA編程組裝的3D細(xì)胞圖案化技術(shù)，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(fù)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?yàn)殚g充質(zhì)細(xì)胞有效地“牽引”在其周圍的繩狀細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)纖維網(wǎng)絡(luò)上，導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)發(fā)生拱形或變形。
令人興奮的是，科學(xué)家已經(jīng)牢牢掌握如何進(jìn)行細(xì)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(xì)胞，他們能夠制造出與“簡單模型”所預(yù)測的非常相似的“形狀轉(zhuǎn)變”的活體構(gòu)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(fù)雜性分解成更簡單的工程原理，科學(xué)家們開始更好地理解并終控制基礎(chǔ)生物學(xué)。”
基于當(dāng)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(jié)合到其他控制組織圖案的程序中，以全面處理細(xì)胞。其次，他們希望花更多的時間來研究細(xì)胞如何分化以響應(yīng)體內(nèi)組織折疊期間發(fā)生的機(jī)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(yīng)，一直到生物軟機(jī)器人的發(fā)展。
Gartner補(bǔ)充說：“對我來說，這個想法是如何工作的，以及細(xì)胞的行為如何令人驚訝？這個想法向我們展示了，當(dāng)我們展示強(qiáng)大的開發(fā)設(shè)計原則時，從工程學(xué)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(xiàng)創(chuàng)新研究已于近發(fā)表在“發(fā)育細(xì)胞”雜志上。
(原標(biāo)題：生物工程師使用3D打印技術(shù)打印復(fù)雜折疊形狀的活組織)
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