团队设计了3d功能骨组织

- 编辑:大众自然网 -

团队设计了3d功能骨组织

Akhilesh K. Gaharwar博士,副教授,已经开发出一种高度可打印的生物墨水,作为生成解剖级功能组织的平台。这项研究最近发表在美国化学学会的《应用材料与界面》杂志上。

生物打印是一种新兴的增材制造方法,它利用水凝胶等生物材料,将它们与细胞和生长因子结合,然后打印出模拟自然组织的组织样结构。

这项技术的一个应用可能是设计针对病人的骨移植,这一领域正引起研究人员和临床医生的兴趣。通过传统的治疗方法处理骨缺损和损伤往往是缓慢和昂贵的。Gaharwar说,发展替代骨组织可以为患有关节炎、骨折、牙齿感染和颅面缺陷的病人创造令人兴奋的新疗法。

生物打印技术需要充满细胞的生物材料,它们可以像液体一样通过喷嘴流动,但几乎一沉积下来就会凝固。这些生物墨水需要同时作为细胞载体和结构成分,要求它们高度可打印,同时提供一个强大的和细胞友好的微环境。然而,目前的生物墨水缺乏足够的生物相容性,印刷性,结构稳定性和组织特异性功能,需要将这项技术转化为临床前和倾斜的应用。

为了解决这个问题,Gaharwar的研究小组正在努力开发先进的生物墨水,即纳米工程离子共价缠绕(NICE)生物墨水。NICE生物墨水是两种加固技术(非加固技术和离子共价网络技术)的结合,它们共同提供更有效的加固,从而形成更坚固的结构。

一旦生物冲洗完成,充满细胞的NICE网络交联形成更坚固的支架。这项技术使该实验室能够对人体部分进行全面的、细胞友好的重建,包括耳朵、血管、软骨甚至骨骼部分。

生物冲洗后不久,封闭的细胞开始沉积富含软骨样细胞外基质的新蛋白,随后在三个月内钙化形成矿化骨。几乎5%的打印支架由钙构成,钙类似于松质骨,松质骨是脊椎骨骼中常见的海绵状组织网络。

为了了解这些生物膜结构如何诱导干细胞分化,使用了一种被称为全转录组测序(RNA-seq)的下一代基因组技术。RNA-seq在特定时刻捕捉细胞内所有遗传信息的快照。该团队与德州农工大学健康科学中心的Irtisha Singh博士一起工作,后者是该团队的联合调查员。

Gaharwar说:“3d生物打印的下一个里程碑是生物打印构建体在功能组织生成方面的成熟。”“我们的研究表明,我们实验室开发的NICE生物墨水可以用来制造3d功能的骨组织。”

在未来,Gaharwar的团队计划展示3d生物打印骨组织的体内功能。