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借助棉花糖机3D打印人体毛细血管

点击:47 日期:2016-04-09 选择字号:

  

    美国田纳西州纳什维尔市范德比尔特大学的机械工程助理教授Leon Bellan在《先进医疗材料》(Advanced Healthcare Materials)期刊发表了一篇资讯,介绍说利用40美元的棉花糖机器研制出了人造毛细血管的新方法。人造毛细血管将会成为3D打印器官的重要部分。


 借助棉花糖搅拌装置进行医疗再利用


  借助棉花糖搅拌装置进行医疗再利用的想法乍听之下非常疯狂,其实不然。人体的毛细血管每根约10微米宽,向细胞输送氧气和营养物质,还能运输废料。人造毛细血管将会成为3D打印器官的重要部分,因为这些毛细血管可支持细胞和组织的生长。人造毛细血管的常见生产方法是“静电纺丝”,但电纺纤维是人体内原宽度的十倍。

  在棉花糖机器的旋转离心机中,糖被融化,然后经小孔挤出,糖粉变成细丝。科学界认为电纺纤维酷似棉花糖丝。在思考其相似之处后,Bellan想:为什么不尝试使用这台棉花糖机器来制作类毛细血管纤维?

  “大家在谈到电纺纤维时,常形容它们看起来像彩带、美式干酪或者棉花糖,”Bellan介绍说,“所以我决定试一下棉花糖机。花40美元买了台棉花糖机。实验证明,这台机器形成的细丝大约是人类头发直径的十分之一 ——与毛细血管尺寸大致相同,便于用其它材料制作通道结构。”


微血管网络系统凝胶厚片


  微血管网络系统凝胶厚片

  不过,糖结构不适合细胞生长,因为在纺丝纤维中注入细胞凝胶,会导致溶解。受棉花糖机的启发,Bellan和他的团队研制出新设备,能搅拌出名为聚乙烯(N-异丙基)或PNIPAM的聚合物,人工制造毛细血管凝胶块。然后,在98.6华氏温度下将人体细胞与水凝胶的溶液倒入PNIPAM结构中。

  PNIPAM纤维的优点在于当温度高于89度时具有不溶性。随着细胞的拌入,类棉花糖结构依然牢固,但是,当温度降至临界值89度以下时,就会完全溶解,在细胞团内留下空通道。就像真正的毛细血管,氧气和营养物质可以通过这些通道传输。



  Bellan的技术手段能够让细胞活上一个多星期,比其他成熟技术的寿命更长。血管内90%的细胞存活并保持运作,而非纺丝纤维血管内只能达到60-70%。


人造毛细血管


  “有些专业人士认为这种做法有点疯狂,”Bellan说,“但如今我们已经证明,采用这种3d打印技术,以细胞的方式,成功效仿立体的人体毛细血管系统。一般来说,打造平面血管网络并不难,但三维立体就增加了难度。此方法,可根据需要打造三维系统。”