科技日?qǐng)?bào)訊 （記者張夢(mèng)然）愛(ài)爾蘭戈?duì)栱f大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出一種創(chuàng)新生物打印技術(shù)，能夠使打印出的組織根據(jù)細(xì)胞產(chǎn)生的力量而改變形狀。這一成果模仿了器官在自然發(fā)育過(guò)程中經(jīng)歷的動(dòng)態(tài)形狀變化，特別適用于心臟組織的復(fù)制，在功能性生物打印器官領(lǐng)域邁出了重要一步。研究成果發(fā)表在最新一期《先進(jìn)功能材料》雜志上。
生物打印技術(shù)依賴于“生物墨水”，這是一種支持活細(xì)胞生長(zhǎng)和發(fā)展的特殊材料。使用這種墨水可以創(chuàng)建與人類器官結(jié)構(gòu)高度相似的實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)器官。不過(guò)，制造完全功能的器官仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。如目前生物打印的心臟組織雖然能夠收縮，但其收縮力遠(yuǎn)不及健康成人心臟的水平。
傳統(tǒng)的生物打印方法傾向于直接重建目標(biāo)器官的最終形態(tài)，而忽視了胚胎發(fā)育過(guò)程中的動(dòng)態(tài)形狀變化對(duì)于器官成熟的重要性。以心臟為例，它最初是一個(gè)簡(jiǎn)單的管狀結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)復(fù)雜的彎曲和扭轉(zhuǎn)過(guò)程，才發(fā)展為成熟的四腔結(jié)構(gòu)。這些形狀變化對(duì)心臟細(xì)胞的發(fā)育和成熟至關(guān)重要。
此次團(tuán)隊(duì)引入了一種新型生物打印平臺(tái)，利用嵌入式生物打印技術(shù)，他們生成了能夠在細(xì)胞力驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行編程并可預(yù)測(cè)地發(fā)生4D變形的組織。這種變形不僅改善了生物打印心臟組織的結(jié)構(gòu)，還促進(jìn)了其功能的成熟。
團(tuán)隊(duì)還開(kāi)發(fā)了一個(gè)計(jì)算模型來(lái)預(yù)測(cè)組織形狀變形的行為，并展示了如何通過(guò)調(diào)整初始打印幾何形狀和生物墨水硬度等因素，來(lái)控制形狀變化的程度。這一研究有望在疾病建模、藥物篩選及再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。
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