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生物制造

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水凝胶生物打印迅速发展

Hydrogel produced using the airborne technique

日本的研究人员已经设计出一种改进的技术,以生产对3D生物打印至关重要的充满细胞的水凝胶或“生物墨水”(生物制造 10 045007)。该技术可以在短短六秒钟内形成水凝胶,当与微挤出设备一起使用时,可以创建3D水凝胶结构,其中90%的活细胞在制造过程中存活下来。

研究人员重新发明了一种成熟的技术,其中一种叫做辣根过氧化物酶(HRP)的酶被用来催化各种聚合物的交联以形成水凝胶。通过这种酶促反应产生的生物墨水通常用于基于挤压的生物印刷中(迄今为止研究最广泛),其中水凝胶被迫通过注射器或打印头喷嘴,然后迅速稳定以产生固定的印刷结构。

该技术之所以受欢迎,是因为它不会损害封装在水凝胶中的活细胞,而且它使各种聚合物都可以用作生物墨水。然而,一个问题是该反应需要将HRP与过氧化氢(H2O2),通常是在水溶液中完成的。将这些混合物装入注射器进行后续打印后,HRP催化的反应几乎立即开始形成交联,这会堵塞并堵塞针头。

空气代替水

新技术由酒井真司及其同事开发 大阪大学大学院工学研究科通过提供过氧化氢作为气体克服了这一问题。通过使空气通过过氧化氢水溶液,研究人员创造了富含过氧化氢的气流。将生物墨水挤出到该气流中可催化HRP反应并允许水凝胶形成。

“我们通过接触含有10至50 ppm H的空气来制备水凝胶2O含有充满酚羟基(Ph)和辣根过氧化物酶的聚合物的水溶液。” Sakai解释说。 “在该系统中,HRP通过消耗空气中的H来催化Ph基团的交联。2O2。”

据Sakai称,研究人员可以通过控制空气中的过氧化氢浓度,生物墨水在气流中的暴露时间以及生物墨水中的HRP浓度来调节所得水凝胶的水凝胶化速率和机械性能。

空中技术,研究人员在期刊上报告 生物制造可以用于包含由HRP组成的生物墨水,可被HRP交联的聚合物和生物细胞的微挤出设备。 “这些生物墨水被挤出到含有H的空气中2O并通过HRP酶促反应进行交联。” 物理世界。 “他们与空气接触后立即胶化。”

Sakai及其同事通过将小鼠成纤维细胞封装在结构内部,证明了水凝胶具有生物相容性。这些细胞中有90%能够存活,而且成功地在整个水凝胶中扩散。

多种聚合物可以通过HRP酶促反应进行交联,研究人员说,他们现在希望使用多种生物墨水开发载有细胞的3D水凝胶结构。 Sakai解释说:“这些可能包含不同类型的细胞和不同的聚合物,以制造功能性3D组织。”

  • 阅读我们的特别收藏 “生物制造的前沿”了解更多有关组织工程的最新进展。本文是着重于《科学》杂志发表高影响力研究的一系列报告之一 生物制造.
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