六軸機器人生物3D打印機打印心臟組織

供稿人：連偉龍,，連芩 供稿單位：西安交通大學(xué)機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室　


盡管近年來在人工組織和器官工程方面取得了一些進展,，但如何制造大尺寸的,、可行的和功能復(fù)雜的器官仍然是再生醫(yī)學(xué)面臨的一個重大挑戰(zhàn),。生物3D打印技術(shù)是最有希望實現(xiàn)體外制造人類器官的新興技術(shù)之一,，但在復(fù)雜器官生產(chǎn)中，其在血管生成和細(xì)胞功能保存方面仍面臨困難,。為此,，中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所王秀杰團隊與英國曼徹斯特大學(xué)教授王昌凌團隊、清華大學(xué)教授劉永進團隊合作,，創(chuàng)造性地將六軸機器人改造成為生物3D打印機--六軸機器人生物3D打印機,，實現(xiàn)了360°全方位任意角度細(xì)胞打印,；并且開發(fā)了油浴細(xì)胞打印體系,，以更好地保持細(xì)胞打印后的自然功能，如圖1所示,。結(jié)合自行設(shè)計的生物反應(yīng)器和重復(fù)的打印培養(yǎng)策略，生物打印系統(tǒng)能夠生成血管化的,、可收縮的,、長期存活的心臟組織，為復(fù)雜器官的體外制造提供了一個有前途的解決方案,。

圖1 六軸機器人生物3D打印機示意圖

研究人員應(yīng)用六軸機器人解決了目前生物3D打印過程中只能在水平和豎直方向上逐層打印細(xì)胞的限制,，并且利用油性打印環(huán)境與水性生物油墨之間的疏水性，保證打印細(xì)胞附著在支架上,，這種油浴細(xì)胞打印系統(tǒng)不僅最大限度地保持了細(xì)胞活性（細(xì)胞存活率高于98%）,，還促進了血管網(wǎng)絡(luò)的形成。

圖2 人造血管（左側(cè)及中央,，綠色表示血管內(nèi)皮細(xì)胞）以及血管化心肌組織圖（右側(cè),，綠色表示心肌組織，紅色表示血管網(wǎng)絡(luò)）

研究人員通過血管支架持續(xù)灌注的培養(yǎng)基為打印細(xì)胞提供營養(yǎng),，使血管支架的外層和內(nèi)層細(xì)胞都能夠獲得營養(yǎng)供應(yīng),。并且通過重復(fù)的打印和培養(yǎng)過程，以及在灌注介質(zhì)中添加血管生成因子,，促進了血管生成和打印血管和心臟組織中的血管生成,，如圖2所示。 該研究通過六軸機器人生物3D打印技術(shù)制造一塊血管化的心臟組織,，實現(xiàn)了在復(fù)雜形狀的血管支架上同時對多種細(xì)胞進行生物打印,，證明了在體外生成大規(guī)模和功能性人工組織/器官的可行性。

參考文獻(xiàn)：張澤宇,，吳晨明,，戴成凱，等。 一種支持自然細(xì)胞功能保存和心臟組織制造的多軸機器人生物打印系統(tǒng)[J]. 生物活性材料,，2022.with machine learning for add-made RF devices, Additive Manufacturing, ISSN 2214-860