麻省理工學院（MIT）和印度理工學院馬德拉斯（Madras）的科學家開發了一種新型3D打印微流生物反應器，該反應器能夠生長自組織的人腦組織。
使用SLA 3D打印和日常牙科樹脂，研究人員能夠創建活的神經細胞培養芯片上的器官設備，以及用于在體外條件下使它們生長的生物反應器。該團隊的設置只需5美元，就可以進行藥物測試和開發針對癡呆癥或自閉癥等疾病的治療方法，從而可以作為商業培養皿的一種較便宜的替代品。
研究作者Ikram Khan解釋說：“我們的設計成本大大低于傳統的培養皿或基于旋轉生物反應器的類器官培養產品。此外，芯片可以用蒸餾水洗滌，干燥和高壓滅菌，因此可以重復使用。”
圖像顯示了普通培養細胞與使用該團隊的3D打印生物反應器孵育的細胞之間的差異。與在培養皿中培養的神經細胞相比，使用該團隊的3D打印生物反應器生長的神經細胞（左）顯示出增強的增殖。圖片來自《生物微流體》雜志。
優化腦細胞監測
通過在體外環境中培養多能干細胞，可以將其生長成微型器官或“類器官”，例如腎臟，心臟或大腦。此類類器官對于臨床醫生而言可能是有用的藥物篩選工具，但是它們需要在溫育條件下生長，并且對其進行密切監控可能會破壞其發育。
人體器官還需要穩定的營養才能生存，但是隨著時間的流逝，它們的核心變得越來越容易被切斷和營養不良，從而損害了它們的細胞生存能力。相比之下，片上實驗室設備越來越使科學家能夠以更高的自由度和更容易獲得的價格培養更小的細胞體積。
盡管這些微流體系統傳統上是通過軟光刻技術創建的，但在設計靈活性方面，多步技術仍然受到限制。為了解決這個問題，美國印第安人研究人員因此采用了3D打印技術來生產生物反應器，該反應器不僅可以簡化生產過程，而且可以實現緊密的，非侵入性的細胞控制。
科學家使用3D打印的生物反應器（如圖）將干細胞培養到人類新皮層中。圖片來自《生物微流體》雜志。
生長人類新皮層
在他們的實驗裝置中，科學家使用了Form 2 3D打印機和生物相容性樹脂來生產帶有內置“成像孔”的微流控芯片，從而使他們能夠長期培養類器官。一旦植入裝有Matrigel的神經細胞，這些設備將被覆蓋一個透明的玻璃盤，并在定制的生物反應器中加熱，這使得該團隊可以密切監視其類器官的進展。
在測試過程中，科學家甚至能夠將其干細胞培養到類似于新皮層的腦室中，新皮層是負責更高大腦功能的大腦組織。盡管該團隊僅監測了7天的類器官的進展，但他們并沒有看到細胞活力的下降，并相信它們可以在未來更長的時間內生長。
目前，研究人員正在努力通過增加閥門和泵來提高其芯片的效率，但從長遠來看，他們看到其設備已應用于工業藥物測試環境中，從而為用戶提供了一種經濟高效的交互建模方法在病原體和人腦之間。
“芯片上組織”微流控
載有細胞的微流控系統通常被稱為“芯片上的器官”設備，在解決致命疾病和測試藥物功效方面具有巨大的潛力。例如，斯圖加特大學和羅伯特·博世醫院的研究人員目前正在研究3D打印的組織平臺，該平臺可用于對癌性腫瘤的進展進行建模。 同樣，哈佛大學的科學家也開發了一種功能性3D打印的單芯片心臟設備，能夠自我收縮并模仿真實器官的電生理。通過使用傳感器系統，該團隊能夠密切監視類器官對有毒物質的反應，使其具有潛在的藥物測試能力。
同時，位于馬德里自治大學的一個團隊已經部署了陶瓷3D打印技術來生產血管復制設備。 科學家的八面芯片可以通過一個通用的多通道微流控平臺實現多種不同組織類型的體外開發。
每口井都帶有一個熱敏電阻端口，這意味著可以在封閉的過程中通過套管體外遞送藥物。根據Khan的說法，該小組的新穎設置允許“對培養室進行恒定灌注，從而更緊密地模仿生理組織”，從而使類器官的核心得到了營養，并最終減少了細胞死亡。
來源:中國3D打印網
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