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《新型低温 3D 打印，产品可模仿大脑和肺部特性》

  • 来源专题：生物安全知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者： huangcui
  • 发布时间：2018-01-15

  • 这种方法研究人员是通过使用固体二氧化碳（干冰）将 3D 打印的油墨溶液快速冷却到其凝固点以下来实现的。解冻后，凝胶形成的软组织和身体组织一样柔软，但不会因自身重量而塌陷。这是在过去的技术中一直存在的问题。

    研究人员之一 Antonio Elia Forte 博士表示：低温技术是这项技术的一个创新点，它利用液体和固体之间的相变触发聚合反应，并创造出能够保持其形状的超软物体。虽然是建立在以前的基础之上，但这项研究却第一个创造出足够柔软的、可模仿诸如脑和肺等器官特性的结构。

    随后，研究人员通过植入真皮成纤维细胞（在皮肤上产生结缔组织）来测试 3D 打印结构，发现这些细胞成功地附着和存活。这一发现也意味着干细胞可以成功生长的可能性，这在医学上是非常让人兴奋的。

    未来，这项技术还可以用来复制人体器官，或者代替动物组织器官，这对于科学家来说可能是非常有用的。

    帝国机械工程系的研究员之一 ZhengchuTan 表示：“目前，我们已经创造出了几厘米大小的结构，但理想的情况下，我们希望使用这种技术复制出一个完整的器官。 ”

  • 原文来源：https://www.reddit.com/r/Futurology/duplicates/7pijyo/3d_printing_creates_super_soft_structures_that/
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    • 编译者：郭文姣
    • 发布时间：2019-07-01
    • 瑞典查尔姆斯理工大学的研究人员用木质油墨成功地进行了3D打印，模仿了木材的独特“超微结构”。他们的研究可以彻底改变绿色产品的制造。通过仿效木材的天然蜂窝结构，他们现在能够创造源自树木的绿色产品，具有独特的性质 - 从衣服，包装，家具到医疗保健和个人护理产品。 木材生长的方式由其遗传密码控制，这使其在孔隙度，韧性和扭转强度方面具有独特的性质。但木材在加工方面有局限性。与金属和塑料不同，它不能熔化并且易于重新成形，而是必须锯切，刨平或弯曲。涉及转换，制造纸张，卡片和纺织品等产品的过程会破坏木质细胞的潜在超微结构或结构。但是现在提出的新技术允许木材通过3D打印技术实际上生长成最终产品所需的形状。 通过预先将木浆转化为纳米纤维素凝胶，Chalmers的研究人员已经成功地创造了一种可以3D打印的墨水。现在，它们呈现出一个重大进展 - 成功解释木材的遗传密码，并将其数字化，以便它可以指导3D打印机。 这意味着现在，在印刷过程中可以精确地控制纤维素纳米纤丝的排列，以实际复制木材的理想超微结构。能够管理方向和形状意味着它们可以捕获天然木材的有用特性。 “这是制造技术的一个突破。它使我们能够超越自然界限，创造出新的可持续绿色产品。这意味着现在已经基于森林的那些产品现在可以用更短的3D打印。目前，3D打印中使用的金属和塑料可以用可再生的，可持续的替代品替代，“Paul Gatenholm教授说道，他通过Chalmers的Wallenberg木材科学中心领导了这项研究。 进一步的进步是将半纤维素（植物细胞的天然组分）添加到纳米纤维素凝胶中。半纤维素充当胶，使纤维素具有足够的强度，以与木质化的天然过程类似的方式，通过该过程构建细胞壁。 新技术开辟了一个全新的可能性领域。现在，基于木材的产品可以按天然木材设计和“增长” - 大大缩短了时间尺度。 Paul Gatenholm的团队已经开发出一种创新包装概念的原型。他们打印出蜂窝状结构，在印刷壁之间有腔室，然后设法将固体颗粒封装在这些腔室内。纤维素具有优异的氧气阻隔性能，这意味着这可能是一种有前景的方法，用于为食品或药品创造气密包装。 “以这种方式制造产品可以在资源和有害排放方面节省大量资金，”他说。 “想象一下，例如，如果我们可以开始在当地打印包装。它将意味着替代当今的行业，严重依赖塑料和生成二氧化碳的运输。包装可以按照订单设计和制造，没有任何浪费。” 他们还开发了医疗保健产品和服装的原型。 Paul Gatenholm认为该技术具有巨大潜力的另一个领域是太空，他们相信它为进一步开发该技术提供了完美的第一个试验台。 “植物的原料是极其可再生的，因此原料可以在较长的太空旅行期间，或在月球上或火星上生产。如果你正在种植食物，可能会获得纤维素和半纤维素，” Paul Gatenholm说。 研究人员已经在欧洲空间局（ESA）的一个研讨会上成功地展示了他们的技术，并且还与佛罗里达理工学院和美国宇航局合作开展了另一个项目，包括微重力材料的测试。 “在太空旅行一直是地球物质发展的催化剂，”他说。 ——文章发布于2019年6月27日
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  • 《更快捷的3D打印器官方式》
    • 来源专题：生物安全网络监测与评估
    • 编译者：yanyf@mail.las.ac.cn
    • 发布时间：2019-09-09
    • 每天有20人死于等待在美国进行器官移植，现在每年有超过30,000例移植手术，目前有超过113,000名患者在等候器官等候。人工生长的人体器官被许多人视为解决这种器官短缺的“圣杯”，3D打印的进步导致了使用该技术建立人体器官形状的活组织构造的繁荣。然而，迄今为止所有3D打印的人体组织缺乏它们用于器官修复和替换所需的细胞密度和器官水平功能。 现在，由哈佛大学Wyss生物启发工程研究所和John A. Paulson工程与应用科学学院（SEAS）的研究人员创建的一种名为SWIFT（牺牲写入功能组织）的技术克服了3D打印血管通道的主要障碍。由干细胞衍生的器官构建块（OBB）组成的活体基质，产生具有高细胞密度和功能的活的器官特异性组织。该研究报告在Science Advances中。 “这是一种全新的组织制造模式，”共同第一作者，Wyss研究所研究员Mark Skylar-Scott博士说。 “SWIFT专注于打印支持含有大量OBB的活体组织构建所必需的血管，而不是试图3D打印整个器官的细胞，而最终可用于治疗以修复和替换人体器官 - 包含患者自身细胞的生长版本。“ SWIFT涉及一个两步过程，首先将数十万个干细胞衍生的聚集体形成一个密集的活体OBB基质，每毫升含有约2亿个细胞。接下来，通过写入和去除牺牲油墨，将氧和其他营养物可以通过其输送到细胞的血管网络嵌入基质中。 “从这些OBB中形成一个密集的基质，一举两得：它不仅能达到类似于人体器官的高细胞密度，而且基质的粘度还能够在其中印刷普遍存在的可灌注通道网络，以模仿支持人体器官的血管，“共同第一作者SébastienUzel博士说，他是Wyss研究所和SEAS的研究员。 SWIFT方法中使用的细胞聚集体衍生自成体诱导的多能干细胞，其与定制的细胞外基质（ECM）溶液混合以制备通过离心压实的活体基质。在低温（0-4℃）下，致密基质具有蛋黄酱的稠度 - 足够柔软，可以在不损坏细胞的情况下进行操作，但厚度足以保持其形状 - 使其成为牺牲3D打印的理想介质。在这种技术中，一个薄喷嘴移动通过这个矩阵，沉积一股明胶“墨水”，将细胞推开而不会损坏它们。 当冷基质被加热到37℃时，它变硬变得更坚固（就像煮熟的煎蛋卷一样），而明胶油墨融化并可以洗掉，留下嵌入组织结构内的通道网络，可灌注含氧培养基滋养细胞。研究人员能够将通道的直径从400微米变为1毫米，并将它们无缝连接，形成组织内的分支血管网络。 使用SWIFT以嵌入的血管通道印刷并以这种方式灌注的器官特异性组织仍然存活，而没有这些通道的组织在12小时内在其核心中经历细胞死亡。为了观察组织是否显示器官特异性功能，研究小组将分支通道结构打印，疏散和灌注到由心脏来源细胞组成的基质中，并通过通道流动培养基超过一周。在此期间，心脏OBB融合在一起形成更坚固的心脏组织，其收缩变得更加同步并且强度超过20倍，模仿人类心脏的关键特征。 “我们的SWIFT生物制造方法非常有效地从原始细胞聚集体到干细胞衍生的类器官的OBB中大规模地创建器官特异性组织，”相应的作者Jennifer Lewis，Sc.D。，核心教员在Wyss研究所以及SEAS的生物启发工程HansjörgWyss教授。 “通过将干细胞研究人员的最新进展与我实验室开发的生物打印方法相结合，我们相信SWIFT将极大地推动全球器官工程领域的发展。” 与Wyss Institute的教师Chris Chen，M.D.，Ph.D。正在进行合作。在波士顿大学和麻省理工学院的Sangeeta Bhatia，博士，博士，将这些组织植入动物模型并探索它们的宿主整合，作为由Lewis和Chris Chen共同领导的3D器官工程计划的一部分。 “通过血管通道支持活体人体组织的能力是朝着在体外创造功能性人体器官的目标迈出的一大步，”Wyss研究所创始主任Donald Ingber医学博士，博士，同时也是Judah Folkman HMS血管生物学教授，波士顿儿童医院血管生物学项目，SEAS生物工程教授。 “我们继续对Jennifer实验室取得的成就印象深刻，包括这项研究，最终有可能大大改善器官工程和自身器官衰竭的患者的寿命，” ——文章发布于2019年9月6日
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