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超音波將活細胞排列在生物列印的組織中

來源 : 亞洲健康互聯海外中心
update : 2019/04/11
這種3D人體膝關節半月板,是使用北卡羅來納州立大學開發的,超音波輔助生物製造技術創建的。圖片來源:北卡羅來納州立大學Rohan Shirwaiker

北卡羅來納州立大學的研究人員開發出一種技術,透過在生物製造過程中使用超音波來對準活細胞,以改善工程組織的特徵。

該工作論文的通訊作者,北卡羅來納州立大學Edward P. Fitts工業與系統工程副教授Rohan Shirwaiker說道:「我們開發了一種技術,稱為超音波輔助生物製造(ultrasound-assisted biofabrication , UAB),它允許我們在生物列印過程中將細胞對準三維矩陣。這使我們可以創建膝關節半月板,例如,更多類似於患者的原始半月板。到目前為止,我們已經能夠將細胞與一系列工程化的肌肉骨骼組織對齊。」

為了對準細胞,研究人員建造了一個超音波腔室,允許超音波穿過生物列印機列印活細胞的區域。這些超音波在一個方向上傳播,然後被反射回它們的光源,產生「駐波超音波」。聲波有效地將細胞放入行中,這些行與超音波和反射波彼此交叉的區域對齊。

Shirwaiker說:「我們可以透過控制超音波的參數來控制細胞的對準特性,例如頻率和振幅。」

為了證明UAB技術的可行性,研究人員創造了一個膝關節半月板,細胞在半月弧中排列 - 就像它們在自然半月板中一樣。

「我們能夠控制細胞在整個組織中逐層列印時的排列,」Shirwaiker說。「我們還展示了以對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胞的能力。」

研究人員還發現超音波參數的某些組合導致細胞死亡。

Shirwaiker說:「這項發現很重要,因為它讓我們清楚地了解了,我們可以採取哪些措施來改善組織性能,以及應當避免什麼來保護活細胞。」

為此,研究人員創建了電腦模型,允許用戶在開始生物製造過程之前,預測任何設定參數集的性能。

UAB技術的另一個好處是它相對便宜。

「設置超音波設備需要一次性成本 - 可以使用現成的技術,」Shirwaiker說。「之後,超音波元件的運行成本可以忽略不計。而且UAB技術可以與大多數現有的生物列印技術結合使用。」

Shirwaiker 團隊正在申請UAB技術專利,目前正在尋找行業合作夥伴協助探索商業化的機會。