超聲波將活細(xì)胞排列在生物打印的組織中

“我們已經(jīng)達(dá)到了能夠通過印刷活細(xì)胞來創(chuàng)造醫(yī)療產(chǎn)品(如膝蓋植入物)的程度，”Rohan Shirwaiker說道，他是該工作論文的通訊作者，也是北卡羅來納州立大學(xué)Edward P. Fitts的副教授。工業(yè)與系統(tǒng)工程系。“但是，一個(gè)挑戰(zhàn)是組織正在印刷的細(xì)胞，以便工程組織更接近地模仿天然組織。“我們現(xiàn)在開發(fā)了一種稱為超聲輔助生物制造(UAB)的技術(shù)，它允許我們?cè)谏锎蛴∵^程中將細(xì)胞排列成三維矩陣。這樣我們就可以創(chuàng)建一個(gè)膝關(guān)節(jié)半月板，例如，更多類似于患者的原始半月板。到目前為止，我們已經(jīng)能夠?qū)⒓?xì)胞與一系列工程化的肌肉骨骼組織對(duì)齊。“

為了對(duì)準(zhǔn)細(xì)胞，研究人員建造了一個(gè)超聲波腔室，允許超聲波穿過生物打印機(jī)打印活細(xì)胞的區(qū)域。這些超聲波在一個(gè)方向上傳播，然后被反射回它們的光源，產(chǎn)生“駐波超聲波”。聲波有效地將細(xì)胞放入行中，這些行與超聲波和反射波彼此交叉的區(qū)域?qū)R。

“我們可以通過控制超聲波的參數(shù)來控制細(xì)胞的對(duì)準(zhǔn)特性，例如頻率和振幅，”Shirwaiker說。

為了證明UAB技術(shù)的可行性，研究人員創(chuàng)造了一個(gè)膝關(guān)節(jié)半月板，細(xì)胞在半月弧中排列 - 就像它們?cè)谧匀话朐掳逯幸粯印?/p>

“我們能夠控制細(xì)胞在整個(gè)組織中逐層打印時(shí)的排列，”Shirwaiker說。“我們還展示了以對(duì)其他整形外科軟組織(如韌帶和肌腱)特別重要的方式排列細(xì)胞的能力。”

研究人員還發(fā)現(xiàn)超聲參數(shù)的某些組合導(dǎo)致細(xì)胞死亡。

“這很重要，因?yàn)樗屛覀兦宄亓私饬宋覀兛梢圆扇∧男┐胧﹣砀纳平M織性能以及我們需要避免什么來保護(hù)活細(xì)胞，”Shirwaiker說。

為此，研究人員創(chuàng)建了計(jì)算模型，允許用戶在開始生物制造過程之前預(yù)測(cè)任何給定參數(shù)集的性能。

UAB技術(shù)的另一個(gè)好處是它相對(duì)便宜。

“設(shè)置超聲設(shè)備需要一次性成本 - 可以使用現(xiàn)成的技術(shù)”Shirwaiker說。“之后，超聲波元件的運(yùn)行成本可以忽略不計(jì)。而且UAB技術(shù)可以與大多數(shù)現(xiàn)有的生物打印技術(shù)結(jié)合使用。

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