CMU科學(xué)家使用新穎的生物3D打印來構(gòu)建人類心臟功能部分
魔猴君 行業(yè)資訊 2048天前
近日，魔猴網(wǎng)了解到，來自賓夕法尼亞州卡內(nèi)基梅隆大學(xué)（CMU）的科學(xué)家們使用了一種新穎的生物3D打印方法來構(gòu)建人類心臟的功能部分。根據(jù)發(fā)表在“科學(xué)”雜志上的一項(xiàng)研究，這種先進(jìn)的技術(shù)名為“懸浮水凝膠的自由形式可逆性嵌入”（FRESH）技術(shù)，用于3D打印膠原蛋白，用于小血管，瓣膜和心室搏動。
FRESH技術(shù)獲得了總部位于馬薩諸塞州的醫(yī)療初創(chuàng)公司FluidForm的專利。 FluidForm的CTO和聯(lián)合創(chuàng)始人，亞洲費(fèi)恩伯格教授，以及CMU再生生物材料和治療組的首席研究員說：“我們現(xiàn)在有能力構(gòu)建重現(xiàn)天然組織關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，機(jī)械和生物特性的構(gòu)建體。為了讓我們進(jìn)入生物工程三維器官，仍然需要克服許多挑戰(zhàn)，但這項(xiàng)研究向前邁進(jìn)了一大步。“
使用膠原蛋白和自由形式可逆嵌入懸浮水凝膠（FRESH）技術(shù)印刷的Trileaflet心臟瓣膜。照片來自CMU。
生物3D打印軟材料
生物3D打印的一個常見障礙是支持由軟材料和蛋白質(zhì)制成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。 FRESH使用非牛頓凝膠作為此類物品的支持材料。凝膠的特性允許針頭打印頭像液體一樣穿過它們，克服軟支架的塌陷或下垂。Feinberg和CMU研究人員在FRESH過程中應(yīng)用快速pH變化來驅(qū)動緩沖支撐材料內(nèi)的自組裝。 FluidForm首席執(zhí)行官M(fèi)ike Graffeo補(bǔ)充道，“CMU開發(fā)的FRESH技術(shù)使生物打印研究人員能夠?qū)崿F(xiàn)前所未有的結(jié)構(gòu)，分辨率和保真度，從而實(shí)現(xiàn)該領(lǐng)域的巨大飛躍。我們非常高興能為各地的研究人員提供這項(xiàng)技術(shù)?！?/span>
據(jù)魔猴網(wǎng)了解，去年，F(xiàn)einberg和他的團(tuán)隊開發(fā)了一種算法，能夠?yàn)檐洸牧?D打印選擇最佳參數(shù)，稱為專家指導(dǎo)優(yōu)化（EGO）方法。該算法將專家判斷與3D打印機(jī)優(yōu)化數(shù)據(jù)相結(jié)合，加快新材料的開發(fā)。
生物3D打印心臟模型
使用CMU的FRESH方法創(chuàng)建來自人類MRI數(shù)據(jù)的生物3D打印心臟模型作為概念驗(yàn)證，顯示了為各種組織和器官系統(tǒng)構(gòu)建高級支架的潛力。在此之后，創(chuàng)建了用人心肌細(xì)胞或心肌細(xì)胞生物打印的較小心室3D模型，以證明更堅固的結(jié)構(gòu)，壁增厚達(dá)14％。
當(dāng)然，CMU團(tuán)隊也意識到產(chǎn)生3D打印較大組織所需的數(shù)十億細(xì)胞是十分困難的，還有就是其方法的臨床方面的不確定過程。本論文“生物3D打印膠原蛋白以重建人類心臟的成分”由Andrew Lee，Andrew Hudson，D。J. Shiwarski，J。W. Tashman，T。J. Hinton，S。Yerneni，J。M. Bliley，P。G. Campbell和Adam Feinberg共同撰寫。
FRESH技術(shù)獲得了總部位于馬薩諸塞州的醫(yī)療初創(chuàng)公司FluidForm的專利。 FluidForm的CTO和聯(lián)合創(chuàng)始人，亞洲費(fèi)恩伯格教授，以及CMU再生生物材料和治療組的首席研究員說：“我們現(xiàn)在有能力構(gòu)建重現(xiàn)天然組織關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，機(jī)械和生物特性的構(gòu)建體。為了讓我們進(jìn)入生物工程三維器官，仍然需要克服許多挑戰(zhàn)，但這項(xiàng)研究向前邁進(jìn)了一大步。“
生物3D打印的一個常見障礙是支持由軟材料和蛋白質(zhì)制成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。 FRESH使用非牛頓凝膠作為此類物品的支持材料。凝膠的特性允許針頭打印頭像液體一樣穿過它們，克服軟支架的塌陷或下垂。Feinberg和CMU研究人員在FRESH過程中應(yīng)用快速pH變化來驅(qū)動緩沖支撐材料內(nèi)的自組裝。 FluidForm首席執(zhí)行官M(fèi)ike Graffeo補(bǔ)充道，“CMU開發(fā)的FRESH技術(shù)使生物打印研究人員能夠?qū)崿F(xiàn)前所未有的結(jié)構(gòu)，分辨率和保真度，從而實(shí)現(xiàn)該領(lǐng)域的巨大飛躍。我們非常高興能為各地的研究人員提供這項(xiàng)技術(shù)?！?/span>
據(jù)魔猴網(wǎng)了解，去年，F(xiàn)einberg和他的團(tuán)隊開發(fā)了一種算法，能夠?yàn)檐洸牧?D打印選擇最佳參數(shù)，稱為專家指導(dǎo)優(yōu)化（EGO）方法。該算法將專家判斷與3D打印機(jī)優(yōu)化數(shù)據(jù)相結(jié)合，加快新材料的開發(fā)。
生物3D打印心臟模型
使用CMU的FRESH方法創(chuàng)建來自人類MRI數(shù)據(jù)的生物3D打印心臟模型作為概念驗(yàn)證，顯示了為各種組織和器官系統(tǒng)構(gòu)建高級支架的潛力。在此之后，創(chuàng)建了用人心肌細(xì)胞或心肌細(xì)胞生物打印的較小心室3D模型，以證明更堅固的結(jié)構(gòu)，壁增厚達(dá)14％。
當(dāng)然，CMU團(tuán)隊也意識到產(chǎn)生3D打印較大組織所需的數(shù)十億細(xì)胞是十分困難的，還有就是其方法的臨床方面的不確定過程。本論文“生物3D打印膠原蛋白以重建人類心臟的成分”由Andrew Lee，Andrew Hudson，D。J. Shiwarski，J。W. Tashman，T。J. Hinton，S。Yerneni，J。M. Bliley，P。G. Campbell和Adam Feinberg共同撰寫。
