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组织工程应用中3D生物打印的技术难题和前景展望(生理学论文) 组织工程应用中3D生物打印的技术难题和前景展望(生理学论文)

格式:word 上传:2023-05-06 08:59:00

《组织工程应用中3D生物打印的技术难题和前景展望(生理学论文)》修改意见稿

1、“.....等人利用天然聚合物和活体干细胞打印出了具有良好生物功能特性的心脏瓣膜。等人应用聚合物打印出具有复杂解剖结构和异质性的工程主动脉瓣,该瓣膜形状保真。这些研究都证明生物打印技术创建多细胞组织阀门有实现临床使用的可能性。神经等人利用聚氨酯水凝胶包裹打印神经干细胞,实验表明该细胞不仅保持良好的体外增殖与分化能力,更在斑马鱼神经损伤体内模型中表现出神经修复功能用自体细胞的优点是低免疫排斥风险,但如果病人有遗传疾病,他们的细胞可能需要进行基因编辑修复后才能使用。此外,当细胞来自个病人个体时,提取打印个组织或器官所需要大量细胞的来源是困难的。使用异体基因细胞可以克服这点,大型标准化批量生产的细胞可以预先准备好并储存在细胞库中,在需要时提取,细胞可以被大量生产以至于可以用来治疗几个病人。其缺点是,由于这些细胞来自于个异体捐赠者,病人往往发生排斥反应......”

2、“.....生物打印技术在组织工程中的应用生物打印含有活细胞的组织器官类似物,在组织工程领域显示出巨大的潜力,已有较广泛的研究。目前,生物打印技术已经能够打印生物结构简单功能单血管和神经分布简单的微观组织对于生物结构复杂,需要复杂血管和神经联系实现细胞和基质信息传递的宏观器官的打印技术,仍处于探索研发阶段,要实现移植和临床应用还有很长的段路要走。年月日,中国医学化难题血液供应几乎是所有组织的个关键特征。目前生物打印技术在组织工程中的最大难题是血管化的延迟,进行移植的组织必须依靠复杂的血管网络维持组织活性获得营养氧气和物质循环,然而重新创建这个血液供应网络是困难的。要实现血管网络从移植剖面吻合处生长并穿透移植物,这过程需要数月才能完成,这期间移植物中部通常由于缺乏血管而坏死并导致炎症反应......”

3、“.....加入血管生长因子促进血管生长等,但是血管的自然长入需要较长的时间,不能满足移植初期组织对血供的需求。因此,预先设臵血管网络实现移植组织与宿主血液循环系统的快速对接以满足移植初期的供血要求是移植成功的关键。目前,基于生物打印技术能够构建精准可控的微流通道结构的优势为组织工程血管化问题的解决开辟了新的途径,基本思路是将活性生物材料和血管种子细胞为墨水打印血管样组织,使得预先构建血管网络成为可能。等人将组织工程应用中生物打印的技术难题和前景展望生理学论文物结构复杂,需要复杂血管和神经联系实现细胞和基质信息传递的宏观器官的打印技术,仍处于探索研发阶段,要实现移植和临床应用还有很长的段路要走。年月日,中国医学计算机成像杂志报道了以色列特拉维夫大学采用生物打印技术以病人自体的组织和细胞为原料打印出第个完整心脏的重大医学突破,表明生物打印技术在制备供人体移植的组织器官方面......”

4、“.....类似骨组织植入物在骨科应用方面,生物打印技术以患者为依据,在计算机辅助技术下构建数字模型打印出量身定制的个体化植入物或假体,保证了植入物或假体在解剖学形态上与患者残余骨结构达到良好适配,最大限度地恢复关节功能。打印技术制备的骨组织工程支架在机械强度孔隙调节空间结构复杂性等方面均具有独特的优势。等人为例髋部周围肿瘤患者进行肿瘤切除并打印个体化假体臵进行臵换,术后随访证明打印的假体髋关节功能良好性能稳定。等人通过打印制备常有价值的思路和解决方案。心脏瓣膜生物打印技术的个性定制化精准打印能够满足心脏瓣膜在生物力学和生化功能上的要求。等人利用天然聚合物和活体干细胞打印出了具有良好生物功能特性的心脏瓣膜。等人应用聚合物打印出具有复杂解剖结构和异质性的工程主动脉瓣,该瓣膜形状保真。这些研究都证明生物打印技术创建多细胞组织阀门有实现临床使用的可能性......”

5、“.....实验表明该细胞不仅保持良好的体外增殖与分化能力,更在斑马鱼神经损伤体内模型中表现出神经修复功能。这说明生物打印技术具备构建用于可移植神经细胞的可能。肝脏供体的缺乏及免疫排斥限制了肝脏移植的临床应用,而生物打印技术在肝组织工程中体现出巨大潜力。游辅宇研究提出,生物打印技术具备在微观及宏观多尺度构建组织的能力,是连接不同尺度组织工程的桥梁。目前生物打印技术不仅可以通过喷墨打印技术用于构建微观熟过程创建相邻毛细管网,在模型中,微血管床被建立在个大流体血管之间,并通过发芽方式生成小血管连接到来自大通道边缘的血管分支。等人通过计算机成像技术,获得仿生人主动脉参数,并采用大鼠胚胎干细胞为生物墨水,混合有小鼠胚胎干细胞的水凝胶生物材料即可产生仿生主动脉,结果提示支架材料可以促进细胞的融合。通过自体干细胞的培育解决打印组织和器官的移植排斥问题......”

6、“.....从个患者身上提取打印个组织或器官所需要大量细胞是困难的,而使用异体基因细胞又面临排斥反应的风险和需要长期服用药物。生物墨水中的种子细胞是决定组织功能的基石,目前用于打印的原生活细胞有成骨祖细胞软骨细胞纤维细胞角质细胞肝细胞血管内皮细胞心脏瓣膜间质细胞及平滑肌细胞心肌祖细胞等自身已分化细胞和组织干细胞,这些细胞有着各自的特点与缺陷干细胞因具有分化为不同特定功能细胞的特性,是近年来最受关注的细胞来源之。特别是诱导多功能干细胞能够从患研发能够解决组织异质性和仿生结构难题的理想打印技术。随着打印原料生物和聚合物成分的复杂程度和打印时间的延长可能严重影响细胞的存活率和生物活性功能,因此新的打印技术需要在打印速度和墨水的兼容性方面有所提高,能够在高分辨率前提下以人体组织细胞浓度的生物墨水为原料进行精准构建......”

7、“.....目前,各国科学家已经开始研发新的打印技术以满足生物打印在组织工程中应用的要求。例如活性喷射打印技术,由纽卡斯尔大学研发,通过多阀喷头来喷射个不同液态的生物墨水的技术,可以实现种生物墨水在半空中发生碰撞和反应形成凝胶,然后落在印刷基板上。该技术允许快速打印带有细胞的凝胶生物油墨,并且油墨中的细胞浓度接近人体中的组织悬浮层加法制造技术由哈德斯菲尔德大学和伯明翰大学研发,它使用微挤压打印机和具有支撑性的凝胶打印精致的结构,旦打印物凝固,凝胶就可以被冲走,留下被打印的结现,而细胞分化增殖形成神经和血管网络需要定周期,往往导致组织功能障碍打印的组织器官在体外培育过程中形成的血管和神经网络,无法短时间增殖生长渗透进入宿主血管神经网络并在短时间内形成循环通道,这就导致植入组织器官无法获得营养供应和物质排泄而坏死。缺乏合理及标准化的构建策略打印技术在打印过程中......”

8、“.....因此对于复杂的组织器官往往需要采取模块化组装策略,在快速打印保证细胞较高存活率的基础上,构建微观基本单元进行模块化组装。组织的构建需要在打印时间打印分辨率和细胞存活率个方面达到标准才可能为构建宏观复杂的组织器官提供足够可用的微模块。目前生物打印技术不仅在技术方面无法达到分辨率打印速度细胞存活率的要求,并且规模化构建策略过于单,对于复杂生理结构和功能的组织器官的打印尚无合理标准化的构建策略。打印出的移植组织不能适应婴幼儿患者身体生长的要求根据婴幼儿患者量身定制的生物打印组织存在定童患者的身高会随着成长而增加,移植物不能生长可能会阻碍患者的成长,在最坏的情况下,由于不能满足成长中患者的需求,移植可能会失败。这案例尽管只是组织工程在临床应用中的个案,但也反映出移植组织不能适应婴幼儿患者身体生长的问题......”

9、“.....该研究领域也处于初级阶段,但目前多国科研人员为了该技术早日实现临床和移植目的研究层出不穷,取得了些突破性的进展和全新思路,主要集中在以下个方面。组织工程应用中生物打印的技术难题和前景展望生理学论文。摘要目前,利用生物打印技术已能打印出生物的生理功能与结构简单不具备完整血管和神经系统的体外组织器官,要实现打印出具有可供移植具备生物活性和完整生理功能的器官,还需要攻克打印技术和策略血管和微观通道构建仿生结构打印墨水等方面的技术难题。对生物打印技术的发展前景及其在组以调节软骨细胞和成骨细胞以及分化。上述研究表明生物打印干细胞技术能够促进生物打印技术从单材料向多种材料复合的方向发展,为解决移植过程中的排异性问题提供了非常有价值的思路和解决方案。仿生效果不佳目前的生物打印技术只能构建出结构简单功能单的组织......”

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