科学家使用廉价的3D打印生物反应器培育人类新皮质

麻省理工学院（MIT）和印度理工学院马德拉斯（Madras）的科学家开发了一种新型3D打印微流生物反应器，该反应器能够生长自组织的人脑组织。

使用SLA 3D打印和日常牙科树脂，研究人员能够创建活的神经细胞培养芯片上的器官设备，以及用于在体外条件下使它们生长的生物反应器。该团队的设置只需5美元，就可以进行药物测试和开发针对痴呆症或自闭症等疾病的治疗方法，从而可以作为商业培养皿的一种较便宜的替代品。
研究作者Ikram Khan解释说：“我们的设计成本大大低于传统的培养皿或基于旋转生物反应器的类器官培养产品。此外，芯片可以用蒸馏水洗涤，干燥和高压灭菌，因此可以重复使用。”

图像显示了普通培养细胞与使用该团队的3D打印生物反应器孵育的细胞之间的差异。与在培养皿中培养的神经细胞相比，使用该团队的3D打印生物反应器生长的神经细胞（左）显示出增强的增殖。图片来自《生物微流体》杂志。
优化脑细胞监测
通过在体外环境中培养多能干细胞，可以将其生长成微型器官或“类器官”，例如肾脏，心脏或大脑。此类类器官对于临床医生而言可能是有用的药物筛选工具，但是它们需要在温育条件下生长，并且对其进行密切监控可能会破坏其发育。

人体器官还需要稳定的营养才能生存，但是随着时间的流逝，它们的核心变得越来越容易被切断和营养不良，从而损害了它们的细胞生存能力。相比之下，片上实验室设备越来越使科学家能够以更高的自由度和更容易获得的价格培养更小的细胞体积。

尽管这些微流体系统传统上是通过软光刻技术创建的，但在设计灵活性方面，多步技术仍然受到限制。为了解决这个问题，美国印第安人研究人员因此采用了3D打印技术来生产生物反应器，该反应器不仅可以简化生产过程，而且可以实现紧密的，非侵入性的细胞控制。

科学家使用3D打印的生物反应器（如图）将干细胞培养到人类新皮层中。图片来自《生物微流体》杂志。
生长人类新皮层
在他们的实验装置中，科学家使用了Form 2 3D打印机和生物相容性树脂来生产带有内置“成像孔”的微流控芯片，从而使他们能够长期培养类器官。一旦植入装有Matrigel的神经细胞，这些设备将被覆盖一个透明的玻璃盘，并在定制的生物反应器中加热，这使得该团队可以密切监视其类器官的进展。
每口井都带有一个热敏电阻端口，这意味着可以在封闭的过程中通过套管体外递送药物。根据Khan的说法，该小组的新颖设置允许“对培养室进行恒定灌注，从而更紧密地模仿生理组织”，从而使类器官的核心得到了营养，并最终减少了细胞死亡。
在测试过程中，科学家甚至能够将其干细胞培养到类似于新皮层的脑室中，新皮层是负责更高大脑功能的大脑组织。尽管该团队仅监测了7天的类器官的进展，但他们并没有看到细胞活力的下降，并相信它们可以在未来更长的时间内生长。
目前，研究人员正在努力通过增加阀门和泵来提高其芯片的效率，但从长远来看，他们看到其设备已应用于工业药物测试环境中，从而为用户提供了一种经济高效的交互建模方法在病原体和人脑之间。
“芯片上组织”微流控
载有细胞的微流控系统通常被称为“芯片上的器官”设备，在解决致命疾病和测试药物功效方面具有巨大的潜力。例如，斯图加特大学和罗伯特·博世医院的研究人员目前正在研究3D打印的组织平台，该平台可用于对癌性肿瘤的进展进行建模。 同样，哈佛大学的科学家也开发了一种功能性3D打印的单芯片心脏设备，能够自我收缩并模仿真实器官的电生理。通过使用传感器系统，该团队能够密切监视类器官对有毒物质的反应，使其具有潜在的药物测试能力。

同时，位于马德里自治大学的一个团队已经部署了陶瓷3D打印技术来生产血管复制设备。 科学家的八面芯片可以通过一个通用的多通道微流控平台实现多种不同组织类型的体外开发。

来源：中国3D打印网

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