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中科院深圳先进院三维生物打印制造人工类组织获得新进展

发布时间:2017-12-13 18:11:10     点击次数:
最新消息,中国科学院研究院医药所人体组织与器官退行性研究中心 阮长顺副研究员 、 潘浩波研究员 与 吕维加教授 研究团队在三维生物打印制造人工类组织领域取得新进展。团队通过生物打印优化设计及诱导型生物墨水的研发,成功构筑精确排布成骨细胞的“活”人工骨组织。所制造的“活”人工骨,不仅维持细胞短时间的高存活率,还能实现细胞长时间的体内外功能化,促进新骨再生。此项研究成果以题为“3D-Bioprinted Osteoblast-Laden Nanocomposite Hydrogel Constructs with Induced Microenvironments Promote Cell Viability, Differentiation, and Osteogenesis both In Vitro and In Vivo”(具有高细胞存活率以及促进成骨分化和新生骨组织生长的三维骨细胞打印系统及其在骨修复中的研究)发表在权威刊物Advanced Science (《先进科学》,DOI:10.1002/advs.201700550,影响因子9.034)上。

将成体细胞或干细胞与生物材料复合作为生物打印墨水,制造具有功能的人工组织与器官是组织修复再生的研究热点和发展趋势。然而,如何维持通过三维打印后活体细胞的短期活性,并实现三维打印人工类组织在体内外的长期功能化,是限制三维生物制造研究应用的瓶颈之一。阮长顺副研究员课题组一直从事三维生物打印及生物材料墨水的相关研究,先后探索过生物材料降解性能调控细胞行为(Scientific Reports, 2017(7): 6794)和三维打印构建高强度纳米复合水凝胶的人工骨组织研究(与天津大学刘文广教授合作, ACS Biomater. Sci. Eng, 2017(3): 1109?1118)。

本研究中,团队成功搭建了一种多通道、常温成型的三维生物制备系统 (Bioscaffolder 3.1, GeSiM)。基于该平台,通过材料优化构建, 实现以活性的高强度水凝胶/纳米硅镁盐复合生物墨水构建稳固的骨修复支架支撑体系(第一通道)和以生物相容性优异的透明质酸包裹均匀分散的成骨细胞为维持细胞存活体系(第二通道)。两通道交替打印,实现含细胞的“活”人工骨组织 。前期,透明质酸提供细胞保护,维持高细胞存活率和精确排布。后期支撑体系控释骨修复活性离子(镁,硅离子等),促进细胞分化和功能化。进一步体内动物实验证实,该“活”类骨组织,不仅具有在骨缺损部位优异修复能力,还能实现异位新骨生成。因此,该研究将推动三维生物制造技术在组织修复再生中的应用。


三维生物打印构建“活”人工骨组织示意图



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