3D打印器件輔助的聲學(xué)細(xì)胞三維組裝

更新時(shí)間：2023-05-29

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在前沿的組織工程適應能力、藥物開(kāi)發(fā)損耗、甚至臨床應(yīng)用中品質，模擬體內(nèi)組織結(jié)構(gòu)和環(huán)境的體外模型構(gòu)建都是十分重要的條件，而細(xì)胞或微結(jié)構(gòu)單元的組裝方式以及細(xì)胞外基質(zhì)環(huán)境在組織功能化過(guò)程中扮演關(guān)鍵角色主動性，這也就促使了三維組織結(jié)構(gòu)打印技術(shù)的發(fā)展創造性。在這些技術(shù)中，以投影式光固化道路、擠出式打印技術(shù)等為代表保障性，使用包含有細(xì)胞的水凝膠作為生物墨水材料，展現(xiàn)了*的生物組織構(gòu)建的能力責任製。但是十分落實，這種打印仍局限于對(duì)生物墨水整體打印，而其中的細(xì)胞是隨機(jī)分布的規則製定，難以主動(dòng)的對(duì)細(xì)胞組建微結(jié)構(gòu)單元製造業，這也是目前生物打印面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)。

近些年關規定，聲波作為一種易于集成發展基礎、高生物親和性且高精度的控制手段，在細(xì)胞的靈活操控和高效組裝應(yīng)用中得到廣泛研究建強保護，比如將聲波與微流控相結(jié)合的聲流控與聲鑷技術(shù)同期，特別適合操控細(xì)胞構(gòu)建類(lèi)組織的體外模型。而如何將二維的聲場(chǎng)操控技術(shù)拓展到三維使命責任，并進(jìn)行三維組織結(jié)構(gòu)的組裝效果，是其邁向生物3D打印需要解決的難題使用。近日，廈門(mén)大學(xué)陳鷺劍教授可持續、胡學(xué)佳助理教授與武漢大學(xué)楊奕教授課題組合作提出了一種新的解決方案：結(jié)合層片打印和聲學(xué)操控細(xì)胞三維結(jié)構(gòu)組裝主要抓手，并以題為：Smart acoustic 3D cell construct assembly with high-resolution發(fā)表于Biofabrication 期刊上。

圖1.聲學(xué)3D細(xì)胞組裝示意圖構建。

借鑒多層光固化打印的思路創新科技，本研究提出基于聲表面波在凝膠層片中直接操控細(xì)胞組成特征結(jié)構(gòu)，并對(duì)層片單元進(jìn)行多層組裝共創輝煌，成功實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞的三維結(jié)構(gòu)組裝和仿生組織構(gòu)建具有重要意義。圖一中展示了該策略的示意圖，該技術(shù)在Z-切鈮酸鋰基底上設(shè)計(jì)具有六重旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的換能器配置大部分，保證較大的調(diào)制自由度強大的功能，通過(guò)波矢組合、相位組合以及振幅調(diào)制（圖1b）解決，能夠?qū)悠屑?xì)胞組裝成為多樣的結(jié)構(gòu)。而為了將表面波產(chǎn)生的二維聲場(chǎng)和二維細(xì)胞結(jié)構(gòu)拓展到三維空間敢於監督，使用了摩方精密的PμSL高精度3D打印技術(shù)（nanoArch P150幅度，摩方精密)，來(lái)制造高精度模塊化框架重要的作用，與表面波聲場(chǎng)耦合貢獻，并在該框架中實(shí)現(xiàn)細(xì)胞組裝（圖1c）。GelMA 60作為生物墨水穩中求進，經(jīng)過(guò)光固化后統籌，可形成具有微觀結(jié)構(gòu)的凝膠層片。再將該凝膠層片作為二維單元協同控製，進(jìn)行多層的對(duì)齊組裝以及使用水凝膠融合振奮起來，即可得到被凝膠基質(zhì)固定的微觀三維結(jié)構(gòu)。

圖2.結(jié)合3D打印模組的器件示意圖利用好。

作為論證深入各系統，圖三展示結(jié)合3D打印組件的聲波裝置調(diào)制產(chǎn)生的多種聲場(chǎng)結(jié)構(gòu)，其具有不同的特征單元系列，比如類(lèi)血管的環(huán)形結(jié)構(gòu)作用、類(lèi)肝小葉的蜂巢結(jié)構(gòu)以及密堆的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)等等，并且通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其進(jìn)行靈活細(xì)胞組裝的能力（圖3b）慢體驗。通過(guò)二次三維組裝著力增加，研究人員實(shí)現(xiàn)了多種三維的細(xì)胞尺度的類(lèi)組織模型構(gòu)建，包括空心管狀的毛細(xì)血管組織了解情況、交織的組織結(jié)構(gòu)以及類(lèi)肝小葉蜂巢組織等（圖4）深入。這些特征單元的尺度取決于聲場(chǎng)的周期技術研究，可以通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)在幾十微米到數(shù)百微米變化。而在三維空間上深刻變革，由于使用高精度打印的單元結(jié)構(gòu)結論，這些層片的厚度可以低至100微米，能夠通過(guò)設(shè)計(jì)不同層間距離適配不同組織高度的需求質生產力。并且這些三維類(lèi)組織模型經(jīng)過(guò)培養(yǎng)展現(xiàn)了較好的活性適應性強，微觀上緊密連接的仿生結(jié)構(gòu)進(jìn)一步促進(jìn)了細(xì)胞與組織功能化的過(guò)程，比如實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)先進的解決方案，管狀的三維模型在長(zhǎng)期培養(yǎng)的過(guò)程中細(xì)胞之間相互連接融合并展現(xiàn)血管化趨勢(shì)拓展。

圖4.對(duì)細(xì)胞層片單元進(jìn)行多層組裝，構(gòu)建的多種三維結(jié)構(gòu)熒光共聚焦圖宣講活動。

該聲學(xué)細(xì)胞3D組裝技術(shù)將聲表面波的二維操控能力拓展到三維空間不斷進步，展現(xiàn)了獨(dú)。特的優(yōu)勢(shì)效率，比如直接對(duì)細(xì)胞組裝規模、精準(zhǔn)構(gòu)造組織結(jié)構(gòu)、靈活可控以及操作簡(jiǎn)便講道理。這項(xiàng)研究展現(xiàn)了對(duì)生物墨水打印之外對(duì)微觀介質(zhì)構(gòu)建的能力發展目標奮鬥，從新的維度提出了一種創(chuàng)新的技術(shù)路線。

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