3D生物打印技術是指在計算機三維數據結構的控製下,根據分散堆積成形原理,以活細胞、生物活性因子為(wei) 原材料,設計打印出具有生物活性的人工器官或組織結構的技術[1-2]。目前,該技術已經用於(yu) 多種組織的構建及移植手術中,在骨骼、血管、肺髒、神經元、鼻子和軟骨組織等領域都有顯著進展[3-4],已成為(wei) 組織工程領域中的一項關(guan) 鍵技術,應用該技術開發具有特定結構和功能的組織器官,進一步模仿人體(ti) 器官及組織是目前組織工程和生物醫學領域的研究熱點[5]。
大連理工大學製藥工程專(zhuan) 業(ye) 實驗利用自主搭建的溫控擠壓型生物打印機,打印出含有平滑肌細胞、可灌注的中空人工血管支架,並將血管內(nei) 皮細胞種植至內(nei) 側(ce) ,模擬血管功能。在此基礎上,初步構建了動脈粥樣硬化早期病理模型,並為(wei) 今後開展藥物活性評價(jia) 提供良好的體(ti) 外模型。該實驗有利於(yu) 激發學生創新興(xing) 趣,在拓展學科前沿知識、培養(yang) 綜合能力和創新能力等方麵具有重要意義(yi) ,同時為(wei) 其他高校開展相關(guan) 實驗教學提供借鑒和參考。
1 實驗原理
2 血管打印實驗
3 實驗結果討論
4 結語
在本科實驗教學中,通過開展創新性的實驗,可以有效地貫穿科研與(yu) 教學的聯係,將科研成果應用到教學中。基於(yu) 該背景,本文通過開展創新性實驗,延伸了生物打印技術和細胞培養(yang) 技術相關(guan) 知識,培養(yang) 了學生運用現代技術手段探究藥物活性的科學思維,為(wei) 今後參與(yu) 科研項目工作打好基礎。該創新性實驗內(nei) 容也為(wei) 生物打印技術在高等教育教學中的普及提供借鑒和參考。
參考文獻
[1] 王文濤,劉燕華.3D打印製造技術發展趨勢及對我國結構轉型的影響[J].科技管理研究,2014,34(6):22-25.
[2] 馬立傑,樊紅麗(li) ,盧繼平,等.基於(yu) 增減材製造的共混加工技術研究[J].裝備製造技術,2014(7):57-62.
[3] 張勝,徐豔鬆,孫姍姍,等.3D打印材料的研究及發展現狀[J].中國塑料,2016(1):7-14.
[4] Shafiee A, Atala A. Printing Technologies for Medical Applications [J].Trends in Molecular Medicine,2016,22(3):254-265.
[5] 郭鵬,林慧寧,薑光瑤,等.3D生物打印技術與(yu) 器官移植[J].四川解剖學雜誌,2015,23(2):34-36.
[6] 鄭幸龍,向俊西,李建輝,等.工程組織及器官的血管化:研究現狀與(yu) 應用進程[J].中國組織工程研究,2014,8(15):2427-2433.
[7] 王雪瑩.基於(yu) 體(ti) 外血管網絡的三維細胞微環境構建[D].武漢:武漢大學,2014.
[8] Xu T, Zhao W, Zhu J, et al. Complex heterogeneous tissue constructs containing multiple cell types prepared by inkjet printing technology[J]. Biomaterials, 2013,34(1):130-139.
[9] Cui X, Boland T, Lima D D D, et al. Thermal Inkjet Printing in tissue engineering and regenerative medicine[J]. Recent Patents on Drug Delivery.Formulation, 2012,6(2):149-155.
[10] Iwami K, Noda T, Ishida K, et al. Bio rapid prototyping by extruding/aspirating/ refilling thermoreversible hydrogel[J]. Biofabrication,2010,2(1):14108.
[11] Shor L, Guceri S, Chang R, et al. Precision extruding deposition (PED) fabrication of polycaprolactone (PCL) scaffolds for bone tissue engineering[J]. Biofabrication, 2009,1(1):15003.
[12] Malda J, Visser J, Melchels FP, et al. 25th anniversary article: Engineering hydrogels for biofabrication [J]. Advanced Materials, 2013,25(36):5011-5028.
[13] Guillotin B, Guillemot F. Cell patterning technologies for organotypic tissue fabrication [J].Trends in Biotechnology, 2011,29(4):183-90.
[14] Jang J, Park J Y, Gao G, et al. Biomaterials-based 3D Cell printing for next- generation therapeutics and diagnostics[J]. Biomaterials, 2018(156):88-106.
[15] Shi W, Sun M, Hu X, et al. Structurally and functionally optimized silk-fibroin-gelatin scaffold using 3D printing to repair cartilage injury in vitro and in vivo[J].Advanced Materials, 2017,29(29):1701089.
[16] Markstedt K, Mantas A, Tournier I, et al. 3D bioprinting uuman chondrocytes with nanocellulose–alginate bioink for cartilage tissue engineering applications[J]. Biomacromolecules, 2015,16(5):1489-1496.
[17] Kaile Zhang Q F J Y, Mo L S A A. 3D bioprinting of urethra with PCL/PLCL blend and dual autologous cells in fibrin hydrogel: an in vitro evaluation of biomimetic mechanical property and cell growth environment[J]. Acta Biomaterialia, 2017(50):154-164.
[18] Hsu S, Huang T, Cheng S, et al. Chondrogenesis from human placenta-derived mesenchymal stem cells in three-dimensional scaffolds for cartilage tissue engineering[J].Tissue Engineering Part A, 2011,17(11-12):1549-1560.
高誌剛 宋汪澤 羅勇 宋其玲 王世盛 大連理工大學化工學院國家級化工綜合實驗教學中心 |