科学家用3D打印机“生物打印 ”植物细胞 以研究细胞功能

科学家用3D打印机“生物打印”植物细胞以研究细胞功能一项新研究揭示了一种可重复的方法，通过3D打印机“生物打印”这些细胞来研究不同类型的植物细胞之间的细胞通讯。学习更多关于植物细胞如何相互“沟通”--以及与环境“沟通”--是了解更多关于植物细胞功能的关键。这最终可能导致产生最佳的生长环境和更好的作物品种。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1327333.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1327333.htm

令人惊叹的无疤痕手术将活体皮肤直接印入伤口

令人惊叹的无疤痕手术将活体皮肤直接印入伤口尽管整形外科技术不断进步，但使用植皮修复头面部全层皮肤缺损仍是一项挑战。它可能导致疤痕、永久性脱发和植皮失败。但现在，宾夕法尼亚州立大学（PennsylvaniaStateUniversity）的研究人员首次在大鼠手术中用三维打印技术打印出了具有毛发生长潜能的全厚活体皮肤，立即纠正了动物头部的严重皮肤缺损。该研究的通讯作者易卜拉欣-奥兹博拉特（IbrahimOzbolat）说："为矫正面部或头部受伤或疾病造成的创伤而进行的重建手术通常并不完美，会造成疤痕或永久性脱发。通过这项工作，我们在老鼠身上展示了具有长毛潜力的生物打印全厚皮肤。这距离在人类身上实现更自然、更美观的头面部重建又近了一步。"从解剖学上讲，皮肤有三层：最外层（可见）的表皮、中间的真皮和最深层的皮下组织。真皮下层由结缔组织和脂肪组成，为头骨提供结构和保护性支撑。毛囊的根部延伸到真皮下层，这就是头发开始生长的地方。奥兹博拉特说："真皮下层直接参与干细胞变成脂肪的过程。这一过程对包括伤口愈合在内的几个重要过程至关重要。它还在毛囊循环中发挥作用，特别是在促进头发生长方面。"他和宾夕法尼亚州立大学的研究小组此前曾使用两种不同的生物墨水同时三维打印软硬组织，以修复啮齿动物头骨和皮肤上的孔洞。在目前的研究中，他们更进一步。他们从接受手术的病人的脂肪组织中提取分子和蛋白质网络（细胞外基质），为组织提供结构和稳定性。这构成了生物墨水的一个组成部分。第二种成分是从脂肪组织中提取的干细胞。第三种是含有纤维蛋白原的凝结溶液，帮助其他成分与损伤部位结合。每种成分都分别装入生物打印机的不同隔间。活体皮肤3D打印过程示意图奥兹博拉特说："这三个隔间让我们能够在精确控制的情况下，将基质-纤维蛋白原混合物与干细胞共同打印出来。我们直接在受伤部位打印，目标是形成真皮下层，这有助于伤口愈合、毛囊生成、温度调节等。我们在大鼠身上进行了三组研究，以更好地了解脂肪基质的作用，我们发现基质和干细胞的共同输送对真皮下层的形成至关重要，只有细胞或基质才能有效发挥作用，必须同时进行。"为了找出完美的混合物，研究人员对三种含有不同数量细胞外基质的生物墨水进行了实验。在对下真皮层和真皮层进行生物打印后，外表皮层在两周内自行形成，伤口几乎完全愈合。他们还发现，真皮下层含有"下生长"，即毛囊发育的雏形。研究表明，脂肪干细胞与毛囊密切相关，并可能通过释放生长因子驱动毛囊生长。实验中，脂肪细胞可能改变了细胞外基质，使其更有利于向下生长的形成。研究人员正在努力推进这项工作，使毛囊成熟，并控制其密度、方向性和生长。研究论文中包含的以下视频展示了直接打印到老鼠头部伤口上的三维生物打印技术。视频中出现了血淋淋的开放性伤口，因此如果您胆小，最好还是跳过这段视频。研究人员希望他们的技术，尤其是毛发生长能力能够改善整形手术的"外观"，使其看起来更自然，这将对患者的心理健康产生积极影响。他们正在研究如何将先前的工作、3D打印骨骼和研究如何匹配各种肤色的色素。"我们相信，这项[技术]可以应用于皮肤科、毛发移植以及整形和重建手术--它可以带来更加美观的结果，凭借全自动生物打印能力和临床级别的兼容材料，这项技术可能会对精确重建皮肤的临床转化产生重大影响"。这项研究发表在《生物活性材料》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1422419.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1422419.htm

新型生物墨水促进3D打印肌肉组织的生长和再生

新型生物墨水促进3D打印肌肉组织的生长和再生生成类似本地的肌肉组织是一项棘手的工作。肌肉组织由多种不同类型的细胞组成，肌肉周围的环境受复杂的生化和生物力学途径调节，包括炎性细胞因子和生长因子，它们能维持内部稳定并支持组织修复。目前，修复因创伤、疾病或手术而受伤或丧失的肌肉需要将健康的肌肉转移到受影响的部位，这种技术称为自体转移。这种方法并不理想，因为它会对取自健康组织的部位产生负面影响，而且神经支配不良等并发症也会阻碍肌肉功能的恢复。现在，洛杉矶寺崎生物医学创新研究所（TIBI）的研究人员发明了一种新型改良生物墨水，用于增强3D打印骨骼肌结构，克服自体转移的局限性。正常骨骼肌的发育是一个渐进的过程，它依赖于肌母细胞（肌肉细胞前体）融合在一起形成肌管，最终成为肌肉纤维。这一过程被称为肌生成。因此，在肌肉工程中，确保成熟的肌肉细胞在结构上排列整齐并提高其存活率，从而保持其功能至关重要。为了模拟肌肉生成，研究人员利用了他们专门配制的生物墨水中的一种关键成分：胰岛素样生长因子-1（IGF-1），这是一种分子结构类似于胰岛素的激素，与生长激素一起对骨骼和组织的正常生长发育至关重要。这种生物墨水由一种名为明胶甲基丙烯酰（GeIMA）的生物相容性明胶基水凝胶、成肌细胞和涂有IGF-1的聚乳酸丙烯酸酯（PLGA）微粒组成，目的是在微粒降解时缓慢释放激素。聚乳酸-聚乙二醇酸（PLGA）具有持续释放特性、低毒性和生物相容性，是最有效的可生物降解聚合物纳米颗粒之一。生物墨水的对照版本不含IGF-1。研究人员发现，生物打印肌肉构建体三天后，肌母细胞仍然存活，证实打印过程没有损伤细胞。他们观察到肌母细胞排列增强，肌母细胞融合形成肌管，在含有IGF-1的构建体中，肌管明显更长更宽。在PLGA/IGF-1条件下，肌管覆盖了25%的面积，而在对照条件下，这一比例不到16%。如下视频所示，在生物打印后10天左右，成型组织开始自发收缩，收缩力足以撼动水凝胶基底。在含有持续释放的IGF-1的区域，收缩的幅度明显更大。研究人员随后将三维打印的肌肉结构植入小鼠体内。六周后，接受了IGF-1持续释放构建体的小鼠显示出最多的肌肉组织再生。他们总结说，这项研究的结果有力地表明，他们的新型生物墨水可以形成一种与原生肌肉组织非常相似的收缩三维结构。"IGF-1的持续释放促进了肌肉细胞的成熟和排列，这是肌肉组织修复和再生的关键一步，"该研究的通讯作者AliKhademhosseini说。"利用这种策略治疗性地创建功能性收缩肌肉组织具有巨大潜力。"该研究发表在《大分子生物科学》（MacromolecularBioscience）杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1380579.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1380579.htm

利用干细胞3D打印组织可修复脑损伤

利用干细胞3D打印组织可修复脑损伤研究人员利用干细胞三维打印出分层脑组织（红色和蓝色），并与小鼠脑组织（蓝色）融为一体金永成/牛津大学在一项新的研究中，牛津大学的研究人员通过3D打印人类神经干细胞，制造出了一种双层脑组织，将其植入小鼠脑组织后，在结构和功能上都与之融为一体。这项研究的通讯作者之一周林娜说："我们的液滴打印技术为设计具有所需结构的活体三维组织提供了一种方法，这使我们更接近于创造个性化的脑损伤植入疗法。"人类诱导多能干细胞（hiPSC）在组织再生疗法中具有巨大的应用潜力。它们是人工干细胞，来源于体细胞，经过基因重编程后达到类似胚胎干细胞的状态，使其具有分化成人体任何细胞类型的独特能力。在目前的研究中，研究人员首先将hiPSCs分化成两种类型的神经祖细胞，分别用于形成大脑皮层的上层和深层。这些特定层的祖细胞被用来制造两种生物墨水，并通过三维液滴打印技术打印成分层组织。在将分层组织植入活体小鼠脑组织之前，先让打印出来的祖细胞成熟，并在一周内监测它们的生长和活性。从干细胞分化到植入三维打印脑组织的过程示意图金永成/牛津大学植入的组织显示出与小鼠脑细胞的紧密结合，包括神经元过程的形成--传导和传输神经信号的指状突起--以及神经元跨越植入物和宿主之间边界的迁移。植入的细胞还显示出与宿主细胞相关的信号活动，表明细胞正在相互交流，并显示出功能和结构上的整合。该研究的另一位通讯作者佐尔坦-莫尔纳尔（ZoltánMolnár）说："人类大脑的发育是一个微妙而精细的过程，有着复杂的编排。如果认为我们能在实验室中重现整个细胞发育过程，那就太天真了。不过，我们的3D打印项目表明，我们在控制人类iPSCs的命运和排列以形成大脑皮层的基本功能单元方面取得了实质性进展。"由于人类大脑皮层有多达六层神经细胞，研究人员计划改进三维液滴打印技术，以创建更复杂的多层组织，从而更逼真地模拟大脑结构。他们说，除了打印出的组织可能用于修复脑损伤外，它还可用于药物测试、大脑发育研究，以及提高我们对认知的理解。这项研究的第一作者金永成说："这一进展标志着我们在制造具有天然脑组织完整结构和功能的材料方面迈出了重要一步。这项工作将为探索人类大脑皮层的工作原理提供一个独特的机会，从长远来看，它将为脑损伤患者带来希望"。该研究发表在《自然通讯》（NatureCommunications）杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1388129.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1388129.htm

突破性的类人生物打印皮肤能更好、更快地愈合伤口

突破性的类人生物打印皮肤能更好、更快地愈合伤口新型生物打印皮肤可复制人类皮肤的层次和厚度图/维克森林再生医学研究所领衔作者、维克森林再生医学研究所（WFIRM）所长安东尼-阿塔拉（AnthonyAtala）博士说。"研究结果表明，制造全厚度人体生物工程皮肤是可能的，而且能促进更快的愈合和更自然的外观效果"。打印出来的皮肤具有角质形成细胞、真皮成纤维细胞、脂肪细胞、黑色素细胞、毛囊真皮乳头细胞和真皮微血管内皮细胞，复制了真实的皮肤，有三层：薄薄的保护性外表皮层、中间的纤维和支撑性真皮层以及底部的脂肪真皮下层。当移植到小鼠伤口上时，打印出来的皮肤形成了血管和皮肤纹路，并显示出正常的组织发育。结果是伤口愈合更快，皮肤收缩更少，胶原蛋白生成更多，从而减少了疤痕。通过细胞特异性染色，WFIRM团队确认了生物打印细胞在愈合过程中与再生皮肤的成功融合。随后，研究人员使用了一个更大的5厘米x5厘米（2英寸x2英寸）生物打印猪皮肤移植物来覆盖猪模型上的全厚伤口。结果表明，猪皮肤移植后的伤口愈合良好，胶原蛋白生成增加，皮肤收缩和纤维化（或疤痕）减少。由于从身体其他部位获取大量皮肤的风险很大，而且条件有限，因此较大面积的自体皮肤移植的成功为人类治疗带来了巨大希望。实验室制备皮肤是一个不断增长的医学研究领域，公司也希望用它来测试产品，而不是使用动物。但这是首次生产出如此复杂和厚度的产品，并在临床前研究中显示伤口完全愈合。研究小组现在希望能将其用于人体研究。这项研究发表在《科学转化医学》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1388145.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1388145.htm

中国科学家3D打印出鱼肉：与自然鱼肉别无二致

中国科学家3D打印出鱼肉：与自然鱼肉别无二致操作层面，科研人员以大黄鱼为研究对象，分离出具有高传代能力的肌肉、脂肪干细胞，并通过调控两种信号通路诱导肌肉干细胞分化。同时，基于可食用凝胶改造仿生建构鱼肌支架，三维培养肌纤维束，成功实现组织状细胞培养鱼肉的制造。在浙江大学的实验室中，这款细胞培养的大黄鱼肉17天长成，味腥、色白、质弹与同类自然鱼肉别无二致。细胞培养肉被认为是最有潜力解决未来人类餐桌肉品和蛋白供应、减少人工养殖肉类动物对水资源、土地资源高度依赖的技术之一。浙江大学生物系统工程与食品科学学院副院长刘东红教授称，未来，这项技术或将为解决人类餐桌肉品和动物蛋白供应提供更为广阔的支撑。刘东红表示，“细胞培养鱼肉走向餐桌还要进行大量的安全性评估，相信不断的深化技术一定能在可见的未来批量化大生产。”...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1359957.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1359957.htm