重大进展干细胞技术结合3D生物打印,完美

据报道，目前，科学家们利用干细胞技术和D生物打印技术，成功打印出眼部组织。

他们利用D生物打印工艺和干细胞技术，构建了D视网膜组织样结构，将其植入小鼠体内后发现可以有效改善眼部功能。

据了解，这是首次将组织工程技术和D生物打印技术相结合的成功案例。该研究由来自英国利物浦大学的JenniferChen教授团队领导的课题组合作完成。

干细胞和组织工程技术

组织工程是指利用生物技术对人体进行的修复，也是再生医学的主要手段之一。

从本质上讲，组织工程是通过在活体动物或细胞水平上进行改造和重建，使其具备组织器官的形态、功能和结构的一种生物技术。

由于该技术与人类疾病相关，因此，被称为21世纪生命科学和生物制造领域最有前景且具有突破性的研究课题之一。

干细胞疗法是指利用从动物、人体等组织中分离出细胞因子、活性蛋白及其它活性物质，将其接种到特定分化受体，使其获得某种组织或器官重建功能。

干细胞疗法是一种利用人体自身的免疫系统杀灭癌细胞或修复受损组织细胞而达到治疗疾病目的的治疗方法。

研究表明：干细胞对多种疾病都有一定改善作用；目前干细胞移植在癌症治疗上取得了良好效果；并且干细胞移植后不会产生排异反应；而且人体自身具有大量“细胞”，这些细胞可替代自身受损部分细胞，使人的生命得到延续和发展。

如今，通过“组织工程”技术构建出的结构在修复机体组织、器官等方面具有很大的潜力。

视网膜组织的D生物打印结构

该研究团队成功地构建了一个D视网膜组织样结构，它是由干细胞和生物墨水打印而成。

由于视网膜组织具有大量的血管、细胞和神经，所以将其放在D生物打印机中是不可能的。

该研究的首席研究员JenniferChen说：“我们发现了D打印技术可能解决神经再生领域中的关键问题。”

他补充说：“我们现在可以在计算机上模拟细胞如何分化成视网膜细胞，然后将其打印出来进行研究。”

目前，研究人员已经从老鼠视网膜组织里获得了干细胞、神经干细胞和再生因子。

研究小组表示，未来他们计划进一步测试这些材料在动物模型中的作用。

实验数据分析

通过对小鼠视网膜功能的评估，发现D生物打印的视网膜结构与人类相似。

在植入周后，小鼠的视蛋白含量显著增加，但在4-6周内逐渐下降。

此外，与对照组相比，视网膜组织模型中存在新生血管（新生血管长度约为2-mm）。

而对于小鼠视网膜功能的评估发现，在4-6周内视力得到明显改善并保持到8周以上。

因此，研究者认为这些结果表明生物打印的D视网膜结构可以显著改善眼部组织发育和再生能力。

研究者进一步对实验数据进行了统计分析后发现：D生物打印的视网膜结构植入小鼠后，与对照组相比，视网膜色素上皮细胞、新生血管长度约为2-mm）和视蛋白含量都显著增加；而这些结构的功能改善则主要通过血管化来实现。

小鼠眼部移植干细胞和组织模型

小鼠视网膜中有大量的干细胞，科学家们希望将其移植到其他动物身上，并观察其效果。

为了实现这一目标，研究人员利用D打印技术来构建细胞库、培养层和组织结构。

为了提高成功率，研究人员利用D打印来制备一个三维的、结构化设计的人视网膜组织细胞库。

这些“生物墨水”是通过基因工程技术合成并由干细胞转化而成，其中包括：

人胚胎干细胞（hESC）；

胚胎视网膜血管内皮细胞（EVEC）；

视网膜色素上皮细胞（RPE）。

结果与结论

该研究成功地构建了具有结构和功能的D视网膜组织样结构，可以支持小鼠的视觉。

研究人员将从胚胎干细胞（ESCs）中诱导的神经干细胞（NSC）注入到打印的D视网膜组织样结构中。

结果显示，NSC能够在三维空间中生长，同时保持其分化和功能。

研究人员将该NSC植入小鼠皮下，并进行了测试（图4B）。在小鼠体内植入两个D视网膜组织样结构，一个为正常的，另一个是由神经干细胞和NSC组成的复合体（图4C）。

当移植细胞与视网膜组织整合在一起时，这些D视网膜组织样结构对小鼠没有影响，并且仍保持正常功能。

其他应用场景

科学家使用从健康组织中分离的多功能干细胞，并将其作为组织工程支架进行打印，包括心肌、皮肤和软骨，这些材料在移植到体内后可以促进机体的再生。

由于人类干细胞可以分化为其他类型的细胞，因此我们可以使用不同类型的组织来构建不同程度的器官。

这一新发现为使用多功能干细胞打印各种器官模型奠定了基础，因为我们现在已经能够以多种方式打印不同类型的人体器官了。

该研究团队还利用D打印技术创建出软骨结构，以构建软骨组织用于治疗心脏和骨骼疾病。

此外还要提到的是，除了再生医学外，在其他领域应用也同样重要。

由于人体组织存在很大差异，科学家们正在努力探索人类干细胞应用于多种疾病如心脏病、糖尿病和中风等治疗方面，并取得了一定进展。

未来展望

生物打印可用于角膜和角膜移植的临床前研究阶段

研究人员认为，这项研究对治疗白内障和角膜疾病具有重大意义，可以促进治疗方式的创新。

同时，它也为研究其他类型组织工程器官提供了一个很好的例子，比如骨骼、肌肉或神经组织。

该研究将生物打印技术与干细胞诱导方法结合在一起，是首次将组织工程技术应用于眼部手术。

未来，眼病患者还可以从这一新的应用中受益。如果他们需要移植角膜基质细胞用于治疗疾病的话，该研究可能会提供一种安全的方法。

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