當(dāng)飛行員和宇航員進(jìn)入飛行時(shí)，他們的身體被推入比地面經(jīng)歷的任何極端環(huán)境都更為極端。為了更好地理解人類在這些極端條件下的反應(yīng)，德克薩斯農(nóng)工大學(xué)的研究人員在美國(guó)空軍科學(xué)研究辦公室的支持下，正轉(zhuǎn)向利用活肺細(xì)胞進(jìn)行3D生物打印技術(shù)。他們的目標(biāo)有兩個(gè)：提升航空和航天飛行的安全性，以及加快呼吸系統(tǒng)疾病的研究與治療。

重現(xiàn)極端環(huán)境

為了準(zhǔn)確模擬肺細(xì)胞對(duì)惡劣環(huán)境的反應(yīng)，德州農(nóng)工大學(xué)團(tuán)隊(duì)需要高度控制的生物印刷參數(shù)，以確保細(xì)胞保持存活能力。“即使是生物印刷工藝中的微小調(diào)整，也能顯著影響細(xì)胞的存活率和增殖。” 文理學(xué)院教授秦鴻民博士解釋道。“通過(guò)微調(diào)這些參數(shù)，我們正在為組織工程未來(lái)的突破奠定基礎(chǔ)。”

研究人員通過(guò)一系列針對(duì)性的實(shí)驗(yàn)?zāi)M極端環(huán)境。在一項(xiàng)發(fā)表于《仿生學(xué)》雜志的研究中，團(tuán)隊(duì)在印刷過(guò)程中調(diào)整了擠壓壓力。他們發(fā)現(xiàn)，更高的壓力會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞死亡增加。另一項(xiàng)發(fā)表在《生物工程》雜志的研究中，他們將3D打印樣品暴露在不同溫度下，溫度高達(dá)55攝氏度。他們觀察到較高的溫度會(huì)增加氧化應(yīng)激并降低細(xì)胞存活率。“壓力和溫度的研究結(jié)果凸顯了精確技術(shù)的必要性，以保護(hù)3D生物打印樣本中肺細(xì)胞的存活能力，并展示細(xì)胞如何應(yīng)對(duì)環(huán)境壓力。”秦說(shuō)道。

團(tuán)隊(duì)還開(kāi)發(fā)了一種優(yōu)化的生物墨水配方：膠原蛋白與海藻酸鹽的4：1混合配方，在六天內(nèi)保持了令人印象深刻的85%細(xì)胞存活率，為未來(lái)研究奠定了有前景的基礎(chǔ)。

3D打印肺模型在航空航天以外的應(yīng)用

除了解決國(guó)防優(yōu)先事項(xiàng)外，該項(xiàng)目還為醫(yī)學(xué)研究創(chuàng)造了廣泛的機(jī)會(huì)。通過(guò)制作逼真的3D打印肺細(xì)胞培養(yǎng)物，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了一個(gè)研究慢性阻塞性肺病等呼吸系統(tǒng)疾病的平臺(tái)，并加快藥物篩查工作。展望未來(lái)，團(tuán)隊(duì)預(yù)計(jì)采用同樣的方法按需生產(chǎn)生物工程組織。

這項(xiàng)工作與其他領(lǐng)域的進(jìn)展相呼應(yīng)。今年早些時(shí)候，安大略省麥克馬斯特大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)了一種生物墨水，能夠再現(xiàn)肺組織的彈性和拉伸性，使其非常適合模擬慢性阻塞性肺病（COPD）、肺纖維化等疾病，以及毒性和藥物反應(yīng)測(cè)試。同年，美國(guó)國(guó)土安全部科學(xué)與技術(shù)司與維克森林再生醫(yī)學(xué)研究所合作，利用3D打印肺組織分析有毒煙霧對(duì)人體健康的影響。這些項(xiàng)目共同強(qiáng)調(diào)了仿生三維模型正成為診斷、毒理學(xué)和治療開(kāi)發(fā)的實(shí)用平臺(tái)。想了解更多信息，請(qǐng)閱讀德州農(nóng)工大學(xué)的相關(guān)文章。

封面圖片來(lái)源：存款照片

上一篇：125萬(wàn)美元資助，利用3D打印環(huán)境危害傳感器保護(hù)夏威夷
下一篇：加拿大如何監(jiān)管3D打印以促進(jìn)健康與安全