基于3D生物打印构建结直肠癌个体化药物预测模型的研究

目的 探讨3D生物打印(3DP)构建结直肠癌(CRC)患者个体化药物预测模型的可靠性及指导临床精准化治疗的可行性。方法 收集2023年7—11月宁波市医疗中心李惠利医院行手术切除CRC患者的肿瘤组织标本20例,及时提取原始肿瘤细胞经3DP构建预测模型。然后对肿瘤组织及预测模型进行组织病理学鉴定;施加氟尿嘧啶、奥沙利铂及伊利替康处理预测模型,根据细胞活力分析化疗药物敏感性特征,同时初步对比临床患者实际化疗效果。结果 成功构建3DP模型19例,因提取细胞量不足培养失败1例;肿瘤术后病理均为腺癌。CRC 3DP模型中CRC细胞团染色特征与亲本组织HE染色潜在相关,从病理学层面判断两者具有相似同源性,两者在肿瘤标记物的表达上高度一致。3DP肿瘤模型药物敏感性具有显著异质性。结论 3DP构建的CRC个体化药物预测模型在CRC的精准化疗预测及临床前研究中有较大的应用潜力。

3D生物打印构建HGFs和HUVECs共培养体系促进HUVECs成血管

目的:构建人牙龈成纤维细胞(human gingival fibroblasts,HGFs)和人脐静脉内皮细胞(human umbilical vein endothelial cells,HUVECs)共培养体系,促进HUVECs成血管。方法:取HGFs和HUVECs培养传代至3~5代进行实验。通过慢病毒转染用红色荧光蛋白标记HUVECs。构建HGFs和HUVECs二维共培养体系,将HGFs与HUVECs以不同比例(4∶1、1∶1、1∶4)共培养,荧光显微镜下观察血管网络形成情况。配制5%甲基丙烯酰化明胶(GelMA)30胶,构建HGFs和HUVECs三维共培养体系,激光共聚焦显微镜下观察血管网络的形成情况。对HUVECs形成的血管网络进行定量分析。将HUVECs从三维共培养系统中分离出来,评估单独培养和共培养一定时间后HUVECs的增殖、迁移和小管形成效果以及相关血管生成基因的表达水平。结果:二维共培养时,当HGFs和HUVECs以比例1∶1共培养时血管网络形成的效果最佳。三维共培养时,HGFs可以促进HUVECs血管生成。HGFs和HUVECs共培养组的增殖、迁移和小管形成效果更好,相关血管生成基因的表达水平远远高于HUVECs单独三维培养组。结论:HGFs和HUVECs共培养能够引导和促进HUVECs出芽及迁移。

3D生物打印技术用于肝组织模型构建的研究进展

3D生物打印是以活体细胞、生物材料和活性分子为原料,制造仿生结构模型的一种新兴技术。在肝脏组织工程领域,3D生物打印技术能构建具有生物活性与功能的肝组织模型,用于肝脏疾病治疗与再生医学研究。本文就3D生物打印技术用于肝组织模型构建的相关研究进展作一综述。

3D生物打印技术在骨及软骨再生修复中的研究进展

3D生物打印是一种将活细胞、生物材料、药物、生长因子和基因逐层进行空间排列的技术。该技术在骨及软骨修复领域的应用取得了显著的进展,可以解决传统手术方法存在的问题,如创伤大、周期长、难度高、并发症多、生物活性和生物相容性不足等,潜力巨大。本文概述了3D生物打印技术如何通过使用生物可降解材料和细胞制造出具有生物活性和生物相容性的骨和软骨组织,旨在为后续研究提供理论基础。

3D生物打印前列腺癌模型用于唑来膦酸药敏试验

目的 探讨3D生物打印模型用于唑来膦酸对PC-3前列腺癌细胞药敏试验的可行性。方法 使用3D生物打印技术构建PC-3前列腺癌3D模型,采用唑来膦酸进行药敏试验。使用钙黄绿素-AM/碘化丙啶溶液对前列腺癌模型进行Live/Dead染色测试支架内前列腺癌细胞存活生长情况。采用ELISA法测定培养上清液中人基质金属蛋白酶2 (MMP-2)、人基质金属蛋白酶9 (MMP-9)蛋白分泌变化。并均与2D培养条件下进行比较。结果 通过3D生物打印技术构建PC-3前列腺癌模型,细胞多层包埋在海藻酸钠/明胶支架内。结果表明,随着加入唑来膦酸浓度的升高,PC-3细胞存活率呈下降趋势。在3D培养条件下对PC-3前列腺癌细胞的整体药物敏感性显著低于2D培养。即与2D培养相比,随着唑来膦酸浓度的升高,3D细胞培养的整体耐药性显著增加,细胞培养上清液MMP-2和MMP-9蛋白分泌的下降速度明显更慢。结论 相比于2D培养,使用3D生物打印技术构建的前列腺癌模型,可能更好地模拟体内前列腺癌肿瘤微环境,以提高临床前药物研究的预测能力,改善药物临床转化。

3D生物打印制备组织工程支架的研究进展

为进一步推动3D生物打印技术在组织工程支架领域的应用,从当前3D生物打印方法的优劣及相关材料的固化成形机制出发,详细综述了国内外3D生物打印制备组织工程支架的研究进展。针对3D生物打印技术,主要介绍了喷墨、挤出、激光辅助和立体光刻等技术的原理、过程和优缺点;针对3D生物打印材料,主要介绍了聚合物和生物陶瓷等材料的特性、固化成形机制和适应范围;针对3D生物打印应用,主要介绍了3D生物打印在血管、骨、耳、心脏等功能性组织构建中的最新研究进展,指出生物墨水的开发及临床应用是其未来的发展方向。为进一步推动组织工程用3D生物打印技术的发展提供理论与实践参考。

3D生物打印中复合水凝胶生物墨水的研究进展

近年来,3D生物打印作为一种新兴生物增材制造技术,被广泛应用于体外功能组织和类器官结构开发。一种可负载细胞的水凝胶生物墨水,不仅能为组织发育提供稳定的3D架构,还可充当细胞的第一接触点,从而影响到构建物中细胞数量、增殖、迁移等。然而传统水凝胶生物墨水存在可打印性差、力学性能差、不利于细胞生长的微环境等诸多缺点。近年来,大家致力于复合水凝胶生物墨水的开发,以弥补水凝胶生物墨水的短板,本文正是对增强水凝胶生物墨水性能的策略进行分类归纳,将各种增强策略的方法、优缺点及前景综述,并对水凝胶生物墨水的研发进行了展望。

3D生物打印技术在皮肤修复中的应用

皮肤是人体最大的器官,其结构的完整性对维持人体的正常生理机能有重要作用。大面积皮肤创伤的修复和皮肤慢性溃疡的愈合问题是临床待解决的难题。尽管过去组织工程皮肤的研究已取得很多成果,但如何一体化构建具有毛囊、汗腺、皮脂腺等皮肤附属器和血管网络的组织工程皮肤等仍有许多难题有待解决。近年来,3D生物打印技术迅速发展,为解决上述难题提供了新思路。本文对新兴的3D生物打印技术在皮肤创面修复中的应用、前景和目前存在的问题进行综述。

应用于3D生物打印的甲基丙烯酸酐化明胶水凝胶相关理化性能的研究进展

甲基丙烯酸酐化明胶(GelMA)水凝胶由明胶和甲基丙烯酸(MA)聚合反应合成。GelMA水凝胶的制备方法简单,并具有良好的生物相容性及机械性能可调节性,受到众多研究者的关注。其在伤口敷料、药物释放支架及组织工程等生物医学工程领域具有巨大的应用潜力。文章对GelMA水凝胶的制备及其性能进行概括,对近年来利用纳米材料、天然聚合物和合成聚合物与GelMA水凝胶结合对材料改性进行综述,并对应用于3D生物打印的多功能GelMA水凝胶未来发展方向进行总结与展望。GelMA水凝胶属于多肽类水凝胶,脆弱易碎裂的特征极大限制了其应用,经过后期的改性提高力学性能的同时,可能将造成其生物相容性的降低,使材料的最终临床转换面临重大挑战。未来将通过不断探索复合天然/合成聚合物的混合水凝胶,提升支架的机械性能,同时保留GelMA优越的生物相容性。特别是纳米材料与GelMA水凝胶结合,将支架实现智能功能,尤其是在敷料支架领域的研究。

3D生物打印技术及其应用

3D生物打印技术是结合计算机辅助软件构建生物三维立体模型的新型制造技术,在肿瘤定位、生物组织器官或三维结构的构造以及再生微环境的模拟等诸多方面具有广泛应用的前景。本文主要从3D生物打印技术的发展历程、应用与研究两个方面及其研究进展进行综述。

3D生物打印角膜组织的研究进展

3D生物打印技术使用由活细胞、生物材料或活性生物分子组成的生物墨水,通过计算机辅助控制来制造具有生物活性的组织或器官替代物。在眼科领域,通过搭载不同类型的活性细胞可3D打印出具备生理功能的角膜组织。3D生物打印的个性化角膜植入物具备足够的机械强度和生物相容性,且含水率和透光率接近天然角膜组织,是一种很有前景的角膜替代方法,有望解决角膜供体稀缺的难题。

3D生物打印支架修复损伤脊髓的作用特点

背景:脊髓损伤可导致不可修复的组织损伤和持续的感觉运动损伤,其治疗是一个相当大的挑战,因此一直受到临床科学家的极大关注。仿生三维支架已成为修复神经系统的有效选择。生物3D打印技术可根据个性化情况定制并快速打印出不同形状和尺寸的3D生物支架,精准控制其材料和细胞的相对空间结构,更好地模拟脊髓的相对解剖位置。目的:总结3D生物支架在脊髓损伤后组织修复和再生领域的研究进展。方法:以“生物3D打印、生物支架、三维支架、脊髓损伤”为中文检索词在中国知网和万方数据库进行检索,以“biology 3D printing,biological scaffold,three dimensional scaffold,spinal cord injury”为英文检索词在PubMed,Web of Science,Medline和Embase数据库进行检索。收集归纳3D生物打印支架联合干细胞移植治疗脊髓损伤的相关研究,最终纳入67篇文献进行分析。结果与结论:①生物3D打印技术可以制作出比传统生物支架的空间结构以及细胞分布更加符合脊髓组织的3D生物支架,可以更好地利用每种材料和细胞的特性使人工合成脊髓更加接近于天然脊髓组织,但是生物墨水中材料和细胞的选择仍是一大难题。②文章总结了载有不同材料和细胞的3D生物支架移植治疗脊髓损伤时所发挥的主要作用,发现胶原在减少胶质瘢痕方面的效果异常显著,同时可以减少脊髓空泡的形成;明胶具有更好的生物相容性,可以更好地保证移植细胞的存活;海藻酸盐的抗炎效果在脊髓损伤后微环境改变方面具有良好的疗效;透明质酸在促进神经分化的同时,可以更好地促进形成神经网络;壳聚糖则在血管重建上具有明显的优势。③未来对于3D生物支架对脊髓损伤不同病情不同分型分期的影响机制仍有待进一步研究。

3D生物打印在组织/器官类似物制造领域的应用

背景:3D生物打印技术在组织工程领域具有巨大潜力,有望利用活细胞和活性生物材料构建具有良好生物组织相容性和生物学功能的简单组织和器官。目的:分析3D生物打印技术和各种生物材料的特点,探讨其在相关组织/器官类似物制造中的应用。方法:应用计算机检索1998至2017年Pub Med数据库、Web of Science数据库、Medline数据库、万方医学网数据库有关3D生物打印技术和应用的相关文献。以"3D生物打印,3D生物打印技术,生物材料,组织工程"为中文主题检索词;以"3D bioprinting,3D bioprinting technology,biomaterial,tissue engineering"为英文主题检索词,检索题目和摘要同时包含上述检索词的文献共88篇,排除重复性研究和无关研究,最终纳入47篇文献进一步分析。结果与结论:目前应用比较广泛的3D生物打印技术主要包括喷墨式技术(热喷墨与压电喷墨)、压力辅助打印技术、激光辅助打印技术、光固化立体印刷技术(单光子和双光子)。生物墨的构成除了原生活细胞,还包括天然聚合物和合成聚合物,各有优劣势。3D生物打印含有活细胞的组织/器官类似物在组织工程领域显示出巨大的潜力,尽管已有较广泛的研究,但目前的印刷技术只能完成相对简单的组织结构和生物功能,含有活细胞的3D组织/器官生物打印仍然处于探索阶段。

3D生物打印在组织工程软骨再生与重建应用中的研究进展

3D生物打印是3D打印技术在生物医学领域中的交叉应用,能够制作出高精度的更为适合人体的模型和组织器官,利用3D生物打印成功制作出多种软骨细胞生物支架材料,而且能够直接携带软骨细胞进行3D生物打印。3D生物打印为组织工程和再生医学提供了更加先进的手段,为组织工程软骨再生与重建带来了广阔的前景。

3D生物打印的微结构促进小鼠表皮干细胞的增殖和活性

目的探索不同构架的3D微结构对表皮干细胞增殖能力和细胞活性的影响并建立最佳3D生物打印模型。方法通过采用不同尺寸:210、340、420μm的打印喷头结合3D生物打印技术构建3种不同的含细胞3D微结构;利用荧光显微镜观察3D微结构中细胞形态及增殖现象;活/死细胞染色技术检测细胞活性;采用方差分析和样本t检验等方法进行统计学分析。结果 3种不同构架的3D微结构均可促进表皮干细胞增殖;打印后0、3、7 d之间,3组3D微结构在细胞活性水平上均逐步降低且差异有统计学意义(P<0.01);与7 d时的细胞活性相比,3组3D微结构在14 d时的细胞活性均升高且差异有统计学意义(P<0.01);与210μm组和340μm组相比,420μm组3D微结构在长期培养中细胞活性水平最高(P<0.01)。结论 420μm组3D微结构能够稳定促进皮肤替代物中表皮干细胞的增殖能力并维持高细胞活性,为构建3D生物打印组织工程表皮以及全层皮肤模型奠定了基础。

基于GTM的3D生物打印专利技术空白点识别

专利技术空白点是一个技术领域中尚未开发,但具有很强的技术创新潜力的部分。利用生成式拓扑映射(GTM)方法,绘制3D生物打印技术的专利地图,寻找3D生物打印领域的技术空白点。通过生成式拓扑映射将空白点逆向映射到关键词向量空间中,找到各个空白点所代表的技术含义,以供企业和研究人员确定研发战略,判断未来的创新重点。

组织工程中3D生物打印技术的应用

背景:近年来,研究者将最先应用于工程领域的3D打印技术嫁接到组织工程学中,希冀利用3D生物打印技术进行体外组织、器官复制过程,并取得了一些令人惊喜的成果。目的:从3D打印技术的原理、打印操作步骤、与组织工程学的关系、优势和难题、临床应用等方面对其目前的发展趋势做一概述。方法:第一作者应用计算机检索2000年1月至2013年10月PubMed数据库、中国期刊全文数据库、维普中文期刊网有关3D生物打印技术在组织工程中应用的文章,英文检索词"three-dimensional bioprinting,tissue engineering,rapid prototyping technology,scaffold materials,selective laser sintering,fused deposition modeling,stereolithography",中文检索词"3D生物打印,组织工程学,快速成型技术,支架材料,选择性激光烧结,熔融沉积成型,立体光刻技术",排除重复性研究。共检索到79篇相关文献,其中52篇文献符合纳入标准。结果与结论:3D生物打印就是借助影像技术(CT、MRI)资料的辅助,应用计算机辅助设计技术虚拟出待构建体的三维结构,然后利用相应的材料,逐层创建出实体的一种组织工程学技术。其具有高精度、构建速度快,可实现按需制造等优势,但也面对力学、生物学等方面的难题,临床应用前景广阔。

3D生物打印技术及其在牙周骨缺损修复中的应用

与传统的"减材"制造相比,3D打印技术具有精确的个性化设计、快速成型、复杂精细产品制造等"増材"制造的明显优势。近年来,为了提高治疗的个性化及精确性,医学领域已经广泛应用3D生物打印技术进行术前诊断、手术设计、术前模拟以及组织再生等各个阶段。本综述首先介绍3D生物打印技术的概况及其过程,主要分为成像及模型设计、生物材料及细胞类型的选择、不同类型的生物打印等。在口腔牙周缺损修复中,3D生物打印技术通过重建其组织缺损部位的解剖结构,应用生物复合材料逐层精确地堆积出个性化植入物,增加了植入物的稳定性与术后骨结合率,使口腔组织形态及功能都得以恢复。然而,材料选择的局限性等问题给3D生物打印技术在修复牙周骨缺损的发展带来了障碍。本文就3D生物打印技术应用于牙周骨缺损修复中的复合生物材料、细胞、生物活性药物传递等几个方面逐一介绍。

3D生物打印支架材料的研究进展

目的:综述3D生物打印支架材料的研究进展和应用。方法:应用计算机检索PubMed数据库关于3D生物打印支架材料的文章,检索词为"3D bioprinting, scaffold"。结果与结论:3D生物打印技术具有快速成型、精确控制等特点,而且可以应用于个性化治疗。天然材料和复合材料可制备成生物墨水用于3D生物打印,通过化学修饰和交联、多种材料复合可提高材料力学和生物性能。利用3D生物打印可以构造精密、复杂的组织结构。在再生医学领域,3D生物打印有广阔的发展前景。

海藻酸钠/明胶复合水凝胶用于3D生物打印的初步研究

目的:利用天然高分子材料明胶、海藻酸钠的物理、生物学性能及其特殊的交联特性,构建一种可用于3D生物打印的生物墨水,并对其进行制备、表征与分析,为后期的生物打印提供材料基础。方法:根据回顾文献得到的信息,采用比例混合法制备质量比为2∶15、2∶10的2种海藻酸钠/明胶复合水凝胶,分别进行冻干扫描电镜(SEM)微观形貌、溶胀性能、孔隙率分析,3D打印以及利用复合水凝胶进行载ATDC-5小鼠成软骨前体细胞的3D培养等实验,以确定此复合水凝胶的物理特性及生物学特性。结果:顺利构建出海藻酸/明胶复合水凝胶,并对其进行分析,发现2∶10、-20℃组凝胶比2∶15、-50℃组水凝胶拥有更多、更大的孔径。孔隙率实验结果显示,2组海藻酸钠/明胶复合水凝胶的孔隙率在60%~82%之间,均利于细胞培养。溶胀性能测试结果显示,溶胀率均在660%~740%范围,表明此种海藻酸钠/明胶复合水凝胶的亲水性较强,非常有利于细胞增殖。3D打印结果显示,利用此种复合水凝胶可以打印出预先设计的几何形状,且经二价阳离子化学交联后,能够形成具有一定机械强度的水凝胶胶体。细胞培养结果显示,ATDC-5细胞在此种复合水凝胶内培养下,7 d后仍有95%的成活率。结论:此种经明胶改性的海藻酸钠/明胶复合水凝胶具有优良的微观形貌、溶胀性能以及适合的孔隙率,并且具备3D打印能力。尤其是明胶与海藻酸钠质量比为15∶2组,因具有均匀孔径以及能够满足3D打印墨水的性能要求,可考虑作为3D生物打印的"墨水"。