﻿새로운 기술은 기능성 인간 조직의 생체 인쇄에서 더 큰 충실도를 만듭니다.

새로운 기술은 기능성 인간 조직의 생체 인쇄에서 더 큰 충실도를 만듭니다. 엔지니어들은 3D 바이오프린팅의 선도적인 형태로 광산란 문제를 해결합니다. 날짜: 2023년 2월 22일 원천: 캘리포니아 대학교 - 샌디에이고 요약: 연구원들은 높은 세포 밀도, 높은 세포 생존율 및 미세 제조 분해능이라는 핵심 요구 사항을 충족하면서 3D 공학 조직을 바이오프린팅하는 데 있어 가장 까다로운 문제를 해결하는 데 상당한 발전을 이루었습니다. 전체 이야기 University of California San Diego의 연구팀은 높은 세포 밀도, 높은 세포 생존율 및 미세 제조 분해능이라는 핵심 요구 사항을 충족하면서 바이오프린팅 3D 공학 조직에서 가장 까다로운 문제를 해결하는 데 상당한 발전을 이루었습니다. UC 샌디에이고 제이콥스 공과대학의 나노공학자들이 주도한 연구는 Science Advances 2023년 2월 22일자에 게재되었습니다. 바이오프린팅은 세포와 바이오폴리머를 사용하여 생물학적 구조와 조직을 만드는 3D 프린팅 기술을 기반으로 합니다. 3D 공학 조직(실험실에서 만들었지만 살아있는 세포와 생체 재료 스캐폴드로 만든 기능적인 인간 유사 조직)은 약물 테스트 및 개발, 장기 이식, 재생 의학, 맞춤 의학, 질병 모델링, 더. 그들의 사용은 약물 개발 과정에 상당한 속도와 무결성을 추가할 뿐만 아니라 장기 기증자 부족 및 면역 거부와 관련된 문제를 완화하는 데 도움이 될 수 있습니다. 가장 유망한 3D 바이오프린팅 유형 중 하나는 디지털 광 처리(DLP) 바이오프린팅입니다. 3D-바이오프린팅의 이 분야 내에서 실제적이고 기술적인 장애물로 인해 진행이 지연되었습니다. 높은 세포 밀도와 미세하게 분해된 구조를 가진 조직을 인쇄하는 것은 어려운 것으로 입증되었습니다. "프린팅 후, 우리는 세포가 기능적 조직으로 성숙하거나 재구성되도록 구조를 배양합니다. 따라서 세포는 씨앗과 같으며 각 세포 유형에는 가장 강력한 발아가 가능한 특정 밀도가 있습니다."라고 Shaochen은 말했습니다. 연구팀을 이끌고 있는 나노공학과 교수 Chen. 기존의 접근 방식을 사용하면 DLP 기반 3D 바이오 프린팅에 사용되는 생체 적합성 고분자인 바이오 잉크에 세포의 존재가 더 조밀할수록 빛이 더 많이 산란되어 프린팅 해상도를 방해합니다. 연구원들은 이 광산란 효과를 10배로 줄였고, 바이오잉크의 새로운 성분인 조영제 요오딕사놀 덕분에 높은 세포 밀도와 고해상도로 인쇄할 수 있었습니다. 나노엔지니어링 박사후 연구원인 Shangting You는 "요오딕사놀을 사용하여 DLP 기반 바이오프린팅을 위한 굴절률 일치 바이오잉크를 개발하여 세포의 광 산란을 완화하고 사용자 정의 광 패턴 내에서 에너지를 집중시켜 인쇄 충실도를 향상시켰습니다."라고 말했습니다. UC San Diego의 동료이자 Chen 팀의 일원이자 연구 논문의 공동 제1저자입니다. 거의 20년 동안 Chen의 연구실은 DLP 기반 3D 프린팅 및 바이오프린팅 기술 개발을 지원하여 현대적인 3D 바이오제조의 기반을 마련하는 데 도움을 주었습니다. 작동 방식 DLP 기반 3D 바이오프린팅은 디지털 마이크로미러 장치(DMD)를 사용하여 3D 모델의 2D 단면을 광가교 바이오잉크에 투사합니다. 광가교 바이오잉크는 빛에 노출되면 합성 또는 천연일 수 있으며 응고됩니다. 그런 다음 전동 스테이지가 바이오잉크를 수십 미크론에서 200미크론까지 들어 올려 경화되지 않은 바이오잉크가 틈을 다시 채울 수 있도록 합니다. 다음 단면이 바이오잉크에 투사되면 새로운 층이 굳어지고 과정이 반복됩니다. 모든 것이 순조롭게 진행되면 새로 형성된 레이어가 투영된 단면의 모양과 정확하게 일치합니다. 그러나 기존 방법으로는 바이오잉크에 세포를 통합하면 심각한 광 산란이 발생하여 바이오잉크에 투사된 빛이 흐려질 수 있습니다. 결과적으로 새로 형성된 레이어는 투영된 단면의 미세한 세부 사항을 복제할 수 없습니다. 바이오잉크의 굴절률을 조정하면 이러한 산란 효과가 최소화되고 제작이 크게 향상됩니다. Chen Lab의 연구는 최대 1억/mL의 세포 밀도를 가진 굴절률 일치 젤라틴 메타크릴레이트(GelMA) 바이오잉크에서 ~50 µm 크기의 형상을 달성할 수 있음을 보여줍니다. 이 접근 방식은 세포가 가득한 두꺼운 조직에 내장된 중공 유기 혈관 네트워크를 포함하여 몇 가지 새로운 기술 혁신을 도입하여 관류 및 장기 배양을 가능하게 하고 눈송이 및 스포크 모양을 통해 양성 및 양성 모두에 대한 고해상도를 보여줍니다. 그리고 부정적인 특징. 프로젝트에 어려움이 없는 것은 아닙니다. "우리는 다양한 바이오잉크 재료와 이를 처리하기 위한 몇 가지 프로토콜을 개발했습니다. "그러나 더 큰 조직에 대한 인쇄 시간이 길어지면서 세포와 생체 재료의 불일치와 불안정성이 증폭되었습니다. 따라서 재료 구성과 취급 절차를 모두 수정하고 최적화해야 했습니다." 이 프로젝트는 높은 세포 밀도와 긴 노출 간격으로 DLP 바이오프린팅에서 바이오잉크로 iodixanol을 처음 사용하는 것입니다. Xiang은 "우리는 이러한 영향을 평가하기 위해 일련의 생물학적 조사를 수행했으며 요오딕사놀을 충분히 소산시키기 위한 인쇄 후 절차를 개발했습니다."라고 말했습니다. 요오딕사놀(iodixanol)에 의해 매개되는 개선된 인쇄 해상도로 전체 크기가 17 x 11 x 3.6 mm 3 인 높은 세포 밀도, 사전 혈관 조직이 제조되었습니다. "이렇게 두꺼운 조직의 체외 배양은 산소와 영양분의 제한된 확산으로 인해 방해를 받았습니다."라고 Chen은 말했습니다. "우리는 장기 배양을 위한 관류 시스템과 인터페이스된 250 µm에서 600 µm 범위의 직경을 가진 조직에 내장된 관류성 혈관 루멘을 인쇄할 수 있었습니다. 우리는 혈관 루멘이 내피화되었고 두꺼운 조직이 남아 있음을 입증했습니다. 14일간 배양 가능." 다음 단계 팀은 기능적 두꺼운 조직 제조를 위한 재료 시스템 및 바이오프린팅 매개변수를 최적화하기 위해 계속 노력하고 있으며 이 작업을 다루는 임시 특허를 제출했습니다. Chen이 제안하는 추가 다음 단계에는 조직 및 장기 이식 및 인간 피험자의 교체를 위한 높은 세포 밀도의 대형 조직 프린팅을 목표로 조직학적 및 기능적 요약을 개선하기 위해 정밀하게 구조화되고 높은 세포 밀도의 체외 조직 모델을 개발하는 것이 포함됩니다 . 논문: Science Advances 의 "혈관화된 조직 제작을 위한 높은 세포 밀도 및 고해상도 3D 바이오프린팅" 공저자는 Shangting You*, Yi Xiang* 및 Henry H. Hwang, University of California San Diego 나노공학과; David B. Berry, UC 샌디에이고 정형외과; Wisarut Kiratitanaporn, 생명공학과, UC San Diego; Jiaao Guan, 전기 및 컴퓨터 공학과, UC San Diego; Emmie Yao, Min Tang 및 Zheng Zhong, UC San Diego 나노공학과; Xinyue Ma, UC 샌디에이고 생물과학부; Daniel Wangpraseurt, UC 샌디에이고 나노공학과 스크립스 해양연구소; UC 샌디에이고 나노공학과 Yazhi Sun; Ting-yu Lu, 재료 과학 및 공학 프로그램, UC San Diego; 나노공학과, 생명공학과, 전기컴퓨터공학과 Shaochen Chen, 출처 : <a href="https://www.sciencedaily.com/" target="_blank" class="ke-link">https://www.sciencedaily.com/</a>