BIONOVA X 3D生物打印机在组织工程中的前沿应用及复杂器官模型构建
Cellink BIONOVA X 是一款先进的 DLP(数字光处理)技术 3D生物打印机,专为高分辨率、快速和生物友好的打印设计,主要用于生物医学和组织工程领域。它在药物开发、疾病建模和再生医学等高通量研究中发挥着重要作用。
近期研究中,使用 BIONOVA X 打印的模型涵盖了多种应用,从肝脏组织到心肌微组织,甚至神经系统疾病建模。通过这款3D生物打印机,研究者能够在高通量平台上快速创建精确的3D 结构,极大提升了打印速度和精度,尤其是在构建具有复杂微结构的组织时,BIONOVA X 可以轻松实现多细胞类型和多材料的高效组合。为再生医学和个性化药物筛选提供了新的可能性。
现有模型介绍
模型构建 | 文献名(英文) | 文献名(中文) | 内容 |
肝脏模型(Liver model)构建 | Deterministically Patterned Isomimetic Human iPSC-derived Hepatic Model via Rapid 3D Bioprinting | 通过快速3D生物打印构建具确定性图案的仿生人类iPSC衍生肝脏模型 |
这篇文章的主要目标是通过快速3D生物打印技术,构建一种由人诱导多能干细胞(hiPSCs)衍生的仿生肝脏模型,用于个性化药物筛选和疾病研究。 1. 肝脏模型的构建背景
2. iPSCs在肝脏模型中的应用
3. 3D生物打印技术的优势
4. 肝脏模型的细胞组成与微结构
5. 3D培养条件下的肝细胞功能增强
6. 应用前景
总结: 这篇文章通过DLP 3D生物打印技术成功构建了一个生理相关的人iPSC衍生肝脏模型,不仅有效增强了肝细胞的功能,还展示了该模型在药物筛选和疾病建模中的应用前景。这种模型具有巨大的临床转化潜力,尤其是在个性化医学和早期药物筛选方面。 |
心脏组织模型(Heart tissue model) | 3D Bioprinting of Cardiac Microtissues Mimicking Native Myocardium | 模拟天然心肌的心脏微组织的3D生物打印 |
这篇文章主要介绍了通过3D生物打印技术构建与天然心肌组织相似的心脏微组织模型的过程和应用。 1. 背景 心脏是由各向异性排列的心肌细胞组成的复杂三维(3D)组织,其收缩功能是心脏泵血的核心。然而,现有的工程技术在体外模拟这些心肌组织时,面临着使心肌细胞在3D空间内正确对齐和分化的挑战。因此,研究团队开发了一种新的3D生物打印方法,用于构建具有生理功能的心脏微组织,以更好地模拟心肌的功能和结构。 2. 3D生物打印技术
3. 心脏微组织的构建
4. 力学测试与功能评价
5. 钙瞬变的测量
总结: 该文章通过快速3D生物打印技术成功构建了具有生理功能的心脏微组织模型,并展示了这种模型在研究心肌细胞对齐、组织收缩力和药物反应等方面的潜力。这种仿生心脏微组织有望成为心脏疾病模型和新药筛选的理想工具。 |
心脏组织模型(Heart tissue model) | Rapid 3D Bioprinting of a Human iPSC-derived Cardiac Micro-Tissue for High-Throughput Drug Testing | 快速3D生物打印人iPSC来源的心脏微组织用于高通量药物测试 |
1. 背景与目的 心脏病是全球主要的健康问题之一,导致大量的死亡。因此,开发用于心脏病药物筛选的精准模型至关重要。现有的二维(2D)培养模型和动物模型虽然能够提供一些信息,但它们不能完全反映人体心脏组织中的复杂细胞-细胞、细胞-基质和细胞-组织相互作用。基于此,本研究开发了一种通过3D生物打印技术构建的人类诱导多能干细胞来源的心脏微组织模型(hiPSC-CMs),用于高通量药物测试。 2. 3D生物打印技术
3. 心脏微组织的构建与培养
4. 心脏组织功能测试
5. 模型的应用与前景
总结: 这篇文章通过快速3D生物打印技术成功构建了一个用于药物筛选的人iPSC来源的心脏微组织模型。该模型不仅能够精确模拟心脏组织的结构和功能,还能有效地用于高通量药物筛选,具有广泛的应用前景,尤其是在心脏药物开发和个性化疾病研究领域。 |
眼睛模型(Eye) | Rapid 3D Bioprinting of a Multifactorial Model Recapitulating Pterygium Microenvironment | 快速3D生物打印重现翼状胬肉微环境的多因素模型 |
这篇文章主要介绍了如何通过快速3D生物打印技术构建一个用于翼状胬肉(pterygium)研究的多细胞模型,该模型重现了翼状胬肉的微环境。以下是重点介绍模型构建的详细内容: 1. 研究背景 翼状胬肉是一种常见的眼表面疾病,会导致角膜的血管化和慢性炎症,进而影响视力。然而,目前对翼状胬肉的发病机制研究有限,现有的动物模型或2D细胞培养模型难以完整再现这种疾病的病理过程。 2. 3D生物打印技术的应用 为了更好地模拟翼状胬肉的多细胞微环境,研究团队采用了DLP(数字光处理)3D生物打印技术,该技术可以精确且快速地打印出三维的水凝胶支架,并将人类结膜干细胞(hCjSCs)、免疫细胞和血管细胞共同封装在支架中,形成了一个多细胞的3D疾病模型。 3. 模型的细胞组成与打印过程
4. 模型的生物学表征
5. 模型的应用前景
总结: 这篇文章展示了如何通过DLP 3D生物打印技术,成功构建了一个模拟翼状胬肉微环境的多细胞3D模型。该模型能够再现翼状胬肉的病理特征,具有高效的细胞存活率和功能性,未来可以用于疾病研究和药物测试。 |
眼睛模型(Eye) | Bioprinting of Dual ECM Scaffolds Encapsulating Limbal Stem/Progenitor Cells in Active and Quiescent Statuses | 封装角膜缘干/祖细胞的双重ECM支架的3D生物打印 |
文章通过快速3D生物打印技术构建了一个双重细胞外基质(ECM)支架,用于封装角膜缘干细胞/祖细胞(LSCs),并研究它们在活跃和静止状态下的行为。 1. 背景与目的 角膜缘干细胞(LSCs)是维持角膜上皮细胞稳态的关键细胞类型,广泛用于治疗角膜缘干细胞缺乏症(LSCD)等角膜疾病。为了更好地研究LSCs与其微环境的相互作用,本文采用了数字光处理(DLP)技术,快速打印出基于不同ECM材料的水凝胶支架,封装了LSCs并对其行为进行了深入研究。 2. 双重ECM支架的构建
3. LSCs的封装与培养
4. Yin-Yang双ECM模型的设计
5. 模型的应用与前景
总结: 该文章展示了如何通过DLP 3D生物打印技术,构建了一个双重ECM支架,用于封装角膜缘干细胞,并研究了其在活跃和静止状态下的行为。通过这个创新的Yin-Yang模型,研究人员能够更好地模拟干细胞的复杂微环境,为未来的再生医学和药物筛选提供了新的研究平台。 |
胶质母细胞瘤模型(Glioblastoma models) | Three-dimensional bioprinted glioblastoma microenvironments model cellular dependencies and immune interactions | 三维生物打印的胶质母细胞瘤微环境模型中的细胞依赖性和免疫相互作用 |
这篇文章的主要目的是通过快速3D生物打印技术构建一个多因素的胶质母细胞瘤微环境模型,以研究细胞依赖性和免疫相互作用。以下是模型构建的详细介绍: 1. 背景 胶质母细胞瘤(GBM)是最具侵袭性且致命的脑肿瘤之一,肿瘤的微环境对于其生长、侵袭和治疗反应至关重要。研究表明,肿瘤中的巨噬细胞和小胶质细胞在胶质母细胞瘤的进展中起到重要作用。然而,传统的2D细胞培养或动物模型难以精确再现肿瘤微环境中的复杂相互作用。 2. 3D生物打印技术的应用 本文采用数字光处理(DLP)的3D生物打印技术,构建了一个包含多种细胞类型的胶质母细胞瘤模型。这个模型由患者来源的胶质母细胞瘤干细胞(GSCs)、星形胶质细胞、神经前体细胞(NPCs)和巨噬细胞共同组成。研究者通过将这些细胞嵌入富含透明质酸(HA)的水凝胶中,创建了一个高度仿生的肿瘤微环境。 3. 打印过程
4. 细胞封装与模型结构
5. 模型的生物学验证
6. 模型的应用前景 该模型展示了其在研究肿瘤-免疫相互作用、药物筛选以及肿瘤进展机制中的广泛应用潜力。特别是它能够用于分析巨噬细胞在肿瘤中的作用、细胞-细胞通讯,以及肿瘤细胞对药物的反应,为未来的个性化治疗提供了重要工具。 总结: 这篇文章通过DLP 3D生物打印技术,成功构建了一个复杂的胶质母细胞瘤微环境模型,该模型能够准确再现肿瘤微环境中的多种细胞相互作用。这一模型不仅提供了研究肿瘤细胞依赖性和免疫相互作用的新平台,还为未来的癌症药物筛选和治疗提供了新的可能性。 |
胶质母细胞瘤模型(Glioblastoma models) | Rapid 3D Bioprinting of Glioblastoma Model Mimicking Native Biophysical Heterogeneity | 快速3D生物打印胶质母细胞瘤模型,模拟天然生物物理异质性 |
文章通过快速3D生物打印技术构建胶质母细胞瘤(GBM)的生物物理模式,用于研究肿瘤的发生和血管生成。以下是模型构建的主要内容: 1. 模型背景 胶质母细胞瘤是最具侵袭性的大脑肿瘤之一,具有高度异质性,尤其是在细胞成分和细胞外基质(ECM)方面。现有的2D模型无法准确模拟这种复杂的微环境,因此该研究通过3D生物打印技术构建了一个生理相关的三维模型,用于研究不同生物物理条件下的细胞行为。 2. 模型构建过程
3. 细胞与基质的相互作用 该模型使用了患者来源的胶质母细胞瘤细胞与人内皮细胞共同打印,结合透明质酸衍生物,形成具有生物化学相关性的肿瘤微环境。该模型不仅展示了肿瘤细胞对不同基质硬度的响应,还模拟了肿瘤细胞的血管生成潜力,为研究肿瘤异质性和耐药性提供了新平台。 4. 模型应用 研究表明,该模型可用于模拟不同亚型的胶质母细胞瘤,特别是用于探讨肿瘤生长、侵袭行为和血管生成。此外,该模型能够通过不同区域的硬度差异,研究肿瘤细胞对化疗药物(如替莫唑胺)的反应和抗药性。 总结: 这篇文章展示了一个生物物理图案化的胶质母细胞瘤3D模型,通过快速3D生物打印技术,再现了肿瘤的异质性和侵袭性。该模型为研究肿瘤生物学和开发新的治疗方法提供了有效的平台,尤其是在研究肿瘤发生、血管生成和耐药性方面。 |
血管结构模型(Vasculature) | Direct 3D Bioprinting of Prevascularized Tissue Constructs with Complex Microarchitecture | 复杂微结构预血管化组织构建的直接3D生物打印 |
文章主要介绍了一种基于快速3D生物打印技术构建复杂微结构的预血管化组织模型。: 1. 背景 组织工程在再生医学中发挥着重要作用,特别是在开发人工器官方面。血管网络的形成是支持大规模、高代谢组织存活的关键。然而,传统的组织工程方法在构建复杂的血管化组织方面面临挑战,尤其是构建能够在移植后迅速与宿主循环系统对接的预血管化组织。 2. 3D生物打印技术的应用 文章中采用了微尺度连续光学生物打印技术(mCOB),这是一种基于数字光处理(DLP)的快速3D生物打印方法。该技术通过投射紫外光进行光聚合反应,不需要牺牲性材料或灌流步骤,直接将内皮细胞和基质细胞封装到水凝胶中,并形成预先设计的血管网络。 3. 打印过程
4. 细胞封装与生物学验证
5. 模型的体内验证 为了验证预血管化组织在体内的血管网络形成,研究人员将打印的组织移植到小鼠皮下。两周后,预血管化组织展示了与宿主循环系统的对接(吻合),形成了功能性血管网络,而非预血管化组织的血管化程度显著较低。 总结: 这篇文章通过mCOB 3D生物打印技术,成功构建了具有复杂微结构的预血管化组织模型。该技术不仅加快了组织工程的构建速度,还提高了模型的可扩展性和复杂结构的打印精度,展示了在未来再生医学和器官移植中的巨大潜力。 |
生长因子释放模型(Growth factor release model) | Controlled Growth Factor Release in 3D-Printed Hydrogels | 在3D打印水凝胶中控制生长因子的释放 |
文章主要介绍了一种通过3D打印技术构建的水凝胶系统,重点研究了在水凝胶中控制生长因子(GFs)释放的机制。 1. 背景 生长因子在组织再生中起着至关重要的作用,但其在体内的快速代谢使得它们难以持续发挥作用。通过将生长因子封装在水凝胶中,可以调控其释放速度,进而延长其作用时间。本文研究了利用不同几何结构的3D打印水凝胶来控制生长因子的释放(Controlled Growth Facto…)。 2. 3D生物打印水凝胶的构建 研究团队利用DLP(数字光处理)3D打印技术构建了一系列复杂形状的水凝胶结构,如核心-壳层的柱状结构。这种打印技术能够在短时间内(1分钟内)快速生成包含生长因子的水凝胶,且通过设计不同的几何形状来调控生长因子的释放(Controlled Growth Facto…)。 3. 核心-壳层结构的设计与打印
4. 多种生长因子的顺序释放 此外,研究还探索了在同一结构中实现多种生长因子的顺序释放。例如,将血管内皮生长因子(VEGF)和血小板衍生生长因子(PDGF)封装在不同的壳层和核心区域,通过控制其空间排列来实现按顺序释放。结果显示,VEGF和PDGF能够按预期顺序释放,且释放速度受几何结构的影响(Controlled Growth Facto…)。 总结: 这篇文章展示了如何通过DLP 3D打印技术构建不同几何形状的水凝胶系统,以控制生长因子的释放速度和顺序。通过这种方法,可以实现对生长因子的精准调控,为组织再生和药物递送提供了新平台。 |
微结构模型(Microstructure) | 3D Printed Artificial Micro-Fish | 3D打印的仿生微鱼 |
这篇文章 “3D Printed Artificial Micro-Fish” 主要介绍了通过快速3D微打印技术(μCOP)构建的仿生微鱼(microfish)模型,用于多功能应用,如化学推动、磁力引导以及解毒等。以下是模型构建的详细介绍: 1. 背景 微尺度游动机器人或微泳者具有多种应用,包括药物递送、环境净化和生物传感。模仿自然界中的水生生物(如鱼类)的运动机制,构建功能化的微尺度机器人,是推动该领域发展的重要方向。然而,传统的微制造方法难以实现复杂三维结构及功能化纳米材料的集成。 2. 3D微打印技术的应用 该研究使用了微尺度连续光学打印(μCOP)技术,能够在短时间内打印出具有高分辨率(约1微米)和复杂形态的微鱼结构。通过这项技术,研究人员能够在几秒钟内打印出多种仿生结构,并嵌入功能性纳米颗粒以赋予微鱼不同的能力。 3. 微鱼的设计与构建
4. 功能验证
总结: 该研究展示了通过μCOP技术快速3D打印的仿生微鱼模型,具有自驱动、磁力控制和解毒等多功能应用。该模型为未来的药物递送、环境净化及生物传感等领域提供了极具前景的工具。 |