橫濱國(guó)立大學(xué)新型3D打印技術(shù)，可精準(zhǔn)構(gòu)建多向膠原組織結(jié)構(gòu)

2025年5月16日，南極熊獲悉，日本橫濱國(guó)立大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)成功開發(fā)出一種新的組織工程技術(shù)，該技術(shù)結(jié)合了流體動(dòng)力學(xué)和3D打印技術(shù)，能夠制造出具有復(fù)雜多方向排列結(jié)構(gòu)的組織模型。

構(gòu)建多向膠原組織結(jié)構(gòu)

膠原蛋白是人體中最豐富的結(jié)構(gòu)蛋白，它的微觀排列方式對(duì)組織的結(jié)構(gòu)完整性、穩(wěn)定性及機(jī)械性能起著關(guān)鍵作用。然而，精確重建這種復(fù)雜的微結(jié)構(gòu)一直是生物制造領(lǐng)域面臨的技術(shù)瓶頸。雖然目前已有幾種模擬膠原蛋白結(jié)構(gòu)的方法，但它們都無法達(dá)到所需的精確度，也未兼顧成本效益或安全性。

△相關(guān)研究已發(fā)表在生物材料科學(xué)與工程期刊上，題目為“利用流體技術(shù)和3D打印技術(shù)制造具有引導(dǎo)細(xì)胞排列的多尺度、多向取向膠原蛋白水凝膠”（傳送門）

在本項(xiàng)研究中，副教授Kazutoshi Iijima與教授Shoji Maruo領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)，創(chuàng)新性地提出了一種不依賴磁性顆�；蛴袡C(jī)溶劑的方案，僅利用I型膠原蛋白溶液和細(xì)胞混合物，結(jié)合定制化3D打印母模和微尺度流體通道，通過引導(dǎo)流體流動(dòng)方向來控制膠原束的排列，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞與纖維在水平與垂直方向的精準(zhǔn)定向。

△創(chuàng)建定向膠原蛋白模型的示意圖

研究表明，膠原纖維的定向?qū)��?xì)胞行為具有顯著影響，是構(gòu)建功能性組織不可或缺的關(guān)鍵因素。該系統(tǒng)不僅能夠構(gòu)建模擬皮膚真皮、顱骨等組織中所需的復(fù)雜微定向結(jié)構(gòu)，還具備高度可控性與可擴(kuò)展性，為個(gè)性化生物組織模型的構(gòu)建提供了全新思路。

△使用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察和表征無細(xì)胞膠原蛋白水凝膠模型中的膠原蛋白纖維和纖維

Maruo教授指出：“通過將流體驅(qū)動(dòng)技術(shù)與3D打印集成，我們能夠在組織支架中實(shí)現(xiàn)精細(xì)且多向的膠原定向結(jié)構(gòu)，這對(duì)未來功能性組織的制造具有重大意義�！�

未來，該平臺(tái)有望拓展至體外組織模型的構(gòu)建及組織移植應(yīng)用，進(jìn)一步推動(dòng)再生醫(yī)學(xué)、個(gè)性化醫(yī)療和組織工程的發(fā)展。