维也纳工业大学开发了一种生产人造组织的新方法

发布时间:2024-02-21 16:51:52 栏目:精选知识

    导读 是否有可能在实验室中生长组织,例如替代受伤的软骨?在维也纳工业大学(维也纳),现在已经朝着在实验室中制造替代组织迈出了重要的一步——...

    是否有可能在实验室中生长组织,例如替代受伤的软骨?在维也纳工业大学(维也纳),现在已经朝着在实验室中制造替代组织迈出了重要的一步——使用一种与世界各地使用的其他方法显着不同的技术。

    采用特殊的高分辨率 3D 打印工艺来制造由生物相容性和可降解塑料制成的微小多孔球体,然后在其中植入细胞。然后,这些球体可以排列成任何几何形状,不同单元的细胞无缝结合形成均匀的活组织。软骨组织(现已在维也纳工业大学证明了这一概念)此前被认为在这方面特别具有挑战性。

    微小的球形笼作为细胞的支架

    维也纳工业大学材料科学与技术研究所的 Oliver Kopinski-Grünwald 说:“用干细胞培养软骨细胞并不是最大的挑战。主要问题是你通常无法控制所得组织的形状。”当前研究的作者。 “这也是因为这样的干细胞团块会随着时间的推移改变形状并且经常收缩。”

    为了防止这种情况发生,维也纳工业大学的研究团队正在研究一种新方法:使用专门开发的基于激光的高分辨率 3D 打印系统来创建微小的笼状结构,这些结构看起来像迷你足球,直径只有三分之一一毫米。它们充当支撑结构并形成紧凑的积木,然后可以组装成任何形状。

    干细胞首先被引入这些足球形状的迷你笼中,很快就会完全填满这个微小的体积。 3D 打印和生物制造负责人 Aleksandr Ovsianikov 教授解释说:“通过这种方式,我们可以可靠地生产细胞分布均匀且细胞密度非常高的组织元件。这是以前的方法不可能实现的。”维也纳工业大学的研究小组。

    完美地共同成长

    该团队使用了分化的干细胞,即不能再发育成任何类型的组织的干细胞,但已经预先确定形成特定类型的组织,在本例中是软骨组织。此类细胞对于医学应用特别感兴趣,但对于软骨细胞来说,构建更大的组织具有挑战性。在软骨组织中,细胞形成非常明显的细胞外基质,细胞之间的网状结构通常会阻止不同的细胞球体以所需的方式生长在一起。

    如果 3D 打印的多孔球体以所需的方式被细胞定植,则这些球体可以排列成任何所需的形状。现在的关键问题是:不同球体的细胞是否也结合形成均匀、同质的组织?

    “这正是我们现在第一次能够展示的,”Kopinski-Grünwald 说。 “在显微镜下,您可以非常清楚地看到:相邻的球体生长在一起,细胞从一个球体迁移到另一个球体,反之亦然,它们无缝连接并形成没有任何空腔的封闭结构 - 与其他方法相比,迄今为止使用的,其中相邻细胞团之间保留可见的界面。”

    微型 3D 打印支架在组织持续成熟的同时赋予整体结构机械稳定性。经过几个月的时间,塑料结构会降解,消失,留下所需形状的成品组织。

    迈向医疗应用的第一步

    原则上,新方法不仅限于软骨组织,还可以用于定制不同种类的较大组织,例如骨组织。然而,在此过程中仍有一些任务需要解决——毕竟,与软骨组织不同,对于超过一定尺寸的这些组织,还必须纳入血管。

    Oliver Kopinski-Grünwald 说:“最初的目标是生产小块定制的软骨组织,可以在受伤后插入现有的软骨材料中。” “无论如何,我们现在已经能够证明,我们使用球形微支架生产软骨组织的方法原则上是有效的,并且比其他技术具有决定性的优势。”

    是否有可能在实验室中生长组织,例如替代受伤的软骨?在维也纳工业大学(维也纳),现在已经朝着在实验室中制造替代组织迈出了重要的一步——使用一种与世界各地使用的其他方法显着不同的技术。

    采用特殊的高分辨率 3D 打印工艺来制造由生物相容性和可降解塑料制成的微小多孔球体,然后在其中植入细胞。然后,这些球体可以排列成任何几何形状,不同单元的细胞无缝结合形成均匀的活组织。软骨组织(现已在维也纳工业大学证明了这一概念)此前被认为在这方面特别具有挑战性。

    微小的球形笼作为细胞的支架

    维也纳工业大学材料科学与技术研究所的 Oliver Kopinski-Grünwald 说:“用干细胞培养软骨细胞并不是最大的挑战。主要问题是你通常无法控制所得组织的形状。”当前研究的作者。 “这也是因为这样的干细胞团块会随着时间的推移改变形状并且经常收缩。”

    为了防止这种情况发生,维也纳工业大学的研究团队正在研究一种新方法:使用专门开发的基于激光的高分辨率 3D 打印系统来创建微小的笼状结构,这些结构看起来像迷你足球,直径只有三分之一一毫米。它们充当支撑结构并形成紧凑的积木,然后可以组装成任何形状。

    干细胞首先被引入这些足球形状的迷你笼中,很快就会完全填满这个微小的体积。 3D 打印和生物制造负责人 Aleksandr Ovsianikov 教授解释说:“通过这种方式,我们可以可靠地生产细胞分布均匀且细胞密度非常高的组织元件。这是以前的方法不可能实现的。”维也纳工业大学的研究小组。

    完美地共同成长

    该团队使用了分化的干细胞,即不能再发育成任何类型的组织的干细胞,但已经预先确定形成特定类型的组织,在本例中是软骨组织。此类细胞对于医学应用特别感兴趣,但对于软骨细胞来说,构建更大的组织具有挑战性。在软骨组织中,细胞形成非常明显的细胞外基质,细胞之间的网状结构通常会阻止不同的细胞球体以所需的方式生长在一起。

    如果 3D 打印的多孔球体以所需的方式被细胞定植,则这些球体可以排列成任何所需的形状。现在的关键问题是:不同球体的细胞是否也结合形成均匀、同质的组织?

    “这正是我们现在第一次能够展示的,”Kopinski-Grünwald 说。 “在显微镜下,您可以非常清楚地看到:相邻的球体生长在一起,细胞从一个球体迁移到另一个球体,反之亦然,它们无缝连接并形成没有任何空腔的封闭结构 - 与其他方法相比,迄今为止使用的,其中相邻细胞团之间保留可见的界面。”

    微型 3D 打印支架在组织持续成熟的同时赋予整体结构机械稳定性。经过几个月的时间,塑料结构会降解,消失,留下所需形状的成品组织。

    迈向医疗应用的第一步

    原则上,新方法不仅限于软骨组织,还可以用于定制不同种类的较大组织,例如骨组织。然而,在此过程中仍有一些任务需要解决——毕竟,与软骨组织不同,对于超过一定尺寸的这些组织,还必须纳入血管。

    Oliver Kopinski-Grünwald 说:“最初的目标是生产小块定制的软骨组织,可以在受伤后插入现有的软骨材料中。” “无论如何,我们现在已经能够证明,我们使用球形微支架生产软骨组织的方法原则上是有效的,并且比其他技术具有决定性的优势。”

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