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生物3D打印是以梯度方式圖案化和組裝複雜的功能性生活體系結構的過程。通常,3D生物打印利用逐層方法沉積被稱為bioinks的材料以創建類似組織的結構。在過去的十年中,已經開發了幾種3D生物打印技術,例如,磁性生物打印,一種使用生物相容性磁性納米顆粒將細胞打印到三維結構中的方法。但是現在俄羅斯的一個研究小組開發了一種新的生物打印方法,可以在不使用逐層方法和磁性標籤的情況下創建3D生物物體。該新方法涉及微重力條件下的磁懸浮研究,由三維生物打印解決方案公司與其他俄羅斯和外國科學家,包括俄羅斯科學院高溫聯合研究所(JIHT RAS)合作進行。

俄羅斯科學家在微重力下用磁鐵3D列印生物組織

具有用於保存生物對象的「磁阱」阱的實驗裝置的示意圖。圖片:Vladislav A Parfenov等// Biofabrication,2018

「在2010年至2017年期間,國際空間站的俄羅斯軌道部分在庫倫水晶實驗裝置上進行了一系列獨特的實驗研究。」JIHT中塵埃電漿診斷實驗室主任Mikhail Vasiliev說:「RAS,該裝置的主要元件是一個電磁鐵,產生一個特殊的非均勻磁場,其中反磁性粒子的結構(它們在磁場方向上被磁化)可以在微重力條件下形成。」

在他們的實驗研究中,研究人員描述了小微帶電粒子在微重力或零重力條件下在特定形狀的磁場中的行為。另外,科學家基於分子動力學的方法開發了這個過程的數學模型。這些結果解釋瞭如何獲得由數千個顆粒組成的均勻和擴展的三維結構。磁性3D生物打印的傳統方法具有與重力相關的許多限制。為了減小重力的力量,可以新增控制磁場的磁體的功率。但是,這需要更複雜的3D生物打印機。第二種方法是減少重力,這是3D Bioprinting Solutions科學家使用的方法。這種方法被稱為「形成性三維生物工藝」,它允許您立即從各個側面創建三維生物結構。研究人員應用實驗數據和JIHT RAS科學家獲得的數學建模結果來控制這種結構的形狀。

「關於空間有序結構形成研究的庫侖晶體實驗的結果,導致了基於活組織的可程式設計自組裝的形成組織結構的三維生物工程的新方法的發展,並在重力和微重力條件下通過非均勻磁場的手段。」瓦西裏耶夫說。

俄羅斯科學家在微重力下用磁鐵3D列印生物組織

「磁性井」中的3D自組裝過程。圖片:Vladislav A Parfenov等// Biofabrication,2018

基於這種新技術的生物打印機將能夠創造出各種可用於多種目的的生物結構,包括估計空間輻射對太空人長期太空任務健康的不利影響。此外,它還能夠在未來恢復受損組織和器官的功能。他們的論文題為《使用磁懸浮組裝的無支架無標簽無噴嘴生物3D打印技術》發表在Biofabrication上。

譯自:3ders.org