新的3D打印方法使得细胞级晶格结构成为可能

  为生物培养物制造支架的新方法可以使细胞形状和大小高度均匀,并具有某些功能。新方法采用极其精细的三维打印形式,使用电场将纤维拉伸到人类头发宽度的十分之一。

  该系统由麻省理工学院比特和原子中心的博士后Filippos Tourlomousis以及麻省理工学院和新泽西州史蒂文斯技术学院的其他六个人开发。今天在微系统和纳米工程杂志上报道了这项工作。

  细胞的许多功能可以受其微环境的影响,因此允许精确控制该环境的支架可以为培养具有特定特征的细胞开辟新的可能性,用于研究或甚至医学用途。

  Tourlomousis说,虽然普通的3-D打印产生的细丝可以达到150微米(百万分之一米),但是通过在挤出纤维和阶段之间的喷嘴之间增加一个强电场,可以使纤维宽度达到10微米。正在打印的结构。该技术称为熔融电解。

  “如果你把细胞放在传统的3-D打印表面上,就像它们的二维表面一样,”他解释说,因为细胞本身就小得多。但是在使用电蚀刻方法印刷的网状结构中,结构与细胞本身具有相同的尺寸,因此它们的尺寸和形状以及它们与材料形成粘合的方式可以通过调节多孔微结构来控制。印刷的网格结构。

  “通过能够打印到那个规模,你可以为细胞产生线-D环境,”Tourlomousis说。

  然后他和团队使用共聚焦显微镜观察细胞纤维生长的细胞,一些随机,一些精确排列在不同尺寸的网格中。然后使用人工智能方法对大量产生的图像进行分析和分类,以将细胞类型及其可变性与微环境的种类相关联,其中纤维的不同间距和排列在其中生长。

  细胞在它们自身附着于结构的位置形成称为粘着斑的蛋白质。“焦点粘连是细胞与外界环境交流的方式,”Tourlomousis说。“这些蛋白质在细胞体内具有可测量的特征,使我们可以进行计量。我们对这些特征进行量化,并使用它们对各个细胞形状进行建模和分类。“

  他说,对于给定的网状结构,“我们表明,细胞获得的形状与基底的结构和熔融电凝基底直接耦合”,与非织造,随机结构的基底相比,促进了高度的均匀性。这种统一的细胞群可能在生物医学研究中有用,他说:“众所周知,细胞形状控制着细胞功能,这项工作提出了一种形状驱动的通路,可以非常精确地设计和量化细胞反应,并具有很高的重复性。

  他说,在最近的工作中,他和他的团队已经证明,在这种3-D打印网格中生长的某些类型的干细胞能够存活,而不会比传统的二维基板上生长的干细胞长得多。因此,可能存在这种结构的医学应用,可能作为生长具有可用于移植的均匀性质的大量人类细胞的方式或提供用于构建人造器官的材料,他说。用于印刷的材料是已经获得FDA批准的聚合物熔体。

  对细胞功能进行更严格控制的需求是将组织工程产品送到诊所的主要障碍。Tourlomousis说,这个行业非常需要任何收紧脚手架规格的步骤,从而也能收紧细胞表型的变化。

  Tourlomousis说,打印系统也可能有其他应用。例如,有可能印刷“超材料” - 具有分层或图案结构的合成材料,可以产生奇特的光学或电子特性。

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