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香港大学王敏教授团队:组织工程中增材制造和5D打印的发展!

来源:世展网 分类:陶瓷行业资讯 2023-11-08 16:55 阅读:15665
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2025-07-08-07-11

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增材制造,俗称“3D打印”,能够制造用于组织工程的先进支架和细胞支架结构。4D打印为人体组织再生制造动态支架,而生物打印涉及活细胞来构建充满细胞的结构。然而,3D/4D打印和生物打印也有局限性。2023年10月31日,香港大学机械工程系王敏教授团队《Journal of Materials Research》期刊发表最新综述文章“Developments of additive manufacturing and 5D printing in tissue engineering”,对组织工程中的3D/4D打印和生物打印进行了最新综述。王敏教授为通讯作者。在3D/4D打印的基础上,该综述对5D打印进行了概念化和解释。在5D打印中,除了3D空间和时间之外,信息作为第五维度被嵌入到打印结构中并可以随后被传递,从而引起5D打印物体的环境的改变/变化。与制造被动/非主动产品的3D/4D打印不同,5D打印生产主动或智能产品,这些产品与环境相互作用并引起积极的变化。最后,通过作者团队的工作说明了5D打印在组织工程中的应用。3D/4D/5D打印和生物打印是组织工程的强大制造平台。

论文图片

图片摘要图1. 组织工程中 3D/4D 打印过程的示意图。图2. 通过 DLP 制造具有互连微通道的功能性活体皮肤 (FLS),以实现皮肤再生。(a) DLP的示意图和照片;(b) 双层支架的图示,其顶层含有人皮肤成纤维细胞(HSF),底层含有人脐静脉内皮细胞(HUVEC)以及支架内的细胞迁移;(c) 1、3、5天后用FLS打印和共培养的HUVEC(绿色)和HSF(红色)的细胞迁移(两条线之间的面积表示细胞迁移的距离,比例尺:200微米);(d) 用于大鼠模型全层皮肤缺损修复的 FLS 示意图;(e) 照片显示四组大鼠在 21 天内皮肤愈合(对照:未治疗;水凝胶:将 GelMA/修饰的 HA 溶液注射到伤口部位,然后进行 UV 交联;支架:无细胞 FLS)。图3. 具有变形能力(由第一支架层提供)和原位信息传递(由第二支架层提供)的双层细胞支架结构的 5D 生物打印示意图。

关键结论

这篇小型评论和前瞻性文章对组织工程中3D/4D打印和生物打印的最新进展进行了简明且最新的评论。介绍并讨论了当前可用于组织工程的主要3D/4D打印技术以及可通过3D打印技术加工用于组织工程应用的生物材料。提供并分析了3D/4D打印和生物打印在组织工程中的应用,以获得不同的静态和动态支架或细胞支架结构,用于再生身体组织和器官,从相对简单的皮肤到非常复杂的心脏。最后,提出并解释了5D打印的概念,并利用组织工程,演示了5D打印的实践。5D打印组织工程支架和细胞支架结构中嵌入的信息可以是GF等生物分子。示范研究表明,通过5D打印成功制造了形状变形、含有MSC和生物分子递送的双层组织工程支架。这种双层支架不仅可以在人体温度下从2D平面形状转变为3D管状结构,还可以传递嵌入的信息来诱导整合的rBMSC增殖和分化以再生目标组织,展示了5D打印应对挑战的能力再生复杂的身体组织。从3D/4D打印转向5D打印,增材制造从制造被动/非主动产品发展到生产主动/智能结构,这些结构可以对环境造成预期的积极变化。5D打印为增材制造和组织工程领域的发展开辟了新的领域,可以制造具有高临床性能的新型组织工程支架,用于不同人体组织和器官的再生。

论文引用

Lai, J., Wang, M. Developments of additive manufacturing and 5D printing in tissue engineering. Journal of Materials Research (2023). https:///10.1557/s43-5

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