清华团队开发高通量干细胞微球3D打印机，对40%表皮损毁的小鼠实现再生修复，并揭示干细胞的再生修复机制
- 麻省理工科技评论
- 2023-01-25 09:20:35
3D打印 【清华团队开发高通量干细胞微球3D打印机，对40%表皮损毁的小鼠实现再生修复，并揭示干细胞的再生修复机制】
据统计，中国每年因为交通事故等意外伤害导致的死亡人数约为 10 万人。其中，大面积组织器官创伤是致死的原因之一。
另外，中国每年约有 2000 万人遭遇不同程度的烧伤，5% 左右的受伤者需要住院治疗，以对受伤组织进行修复。
但是，如何实现大面积组织器官的有效再生修复，依然是临床上悬而未决的难题。
作为人体的“原材料”，干细胞可以产生所有具有特殊功能细胞。它具备多向分化的潜能，通过定向诱导可以分化成特定的组织或器官，具备良好的再生修复能力。
当前，临床主要采用干细胞注射法，来对器官进行再生修复。即通过提取脐带血内的间充质干细胞，制备成干细胞悬液，然后将悬液注射到受损的器官部位，从而实现修复。
然而，这种方法的细胞留存率较低。注射几小时后，干细胞在体内的留存率小于 5%[1]，干细胞活性也会迅速下降，难以满足临床对于干细胞数量和质量的要求。
在临床上，每平方厘米的受损器官需要约 100-300 万干细胞，并且干细胞的干性需要维持在 90% 以上。
此外，间充质干细胞一般来源于脐带血、脂肪 、骨髓等原代组织，存在扩增效率低、扩增周期长、耗时久等特点。
总体来说，干细胞在向临床转化的过程中，依旧面临着质量不可控、留存效率低、价格高昂等问题，极大地阻碍了产业化的进程。
此前，学界已经研发出若干对策。比如，将干细胞 固定在生物活性支架上，从而提升干细胞的稳定性和留存率。
而对材料进行改性设计、以及修饰功能基团，能让生物活性支架充分地模拟人体内部的细胞外基质微环境，为干细胞生长提供良好的“土壤”。
此外，采用干细胞微球填充式移植法，可以提升营养物质在生物活性支架内部的运输效率，为干细胞生长提供更丰富的营养物质。
生物 3D 打印技术，也是人们想到的对策之一。它是一种新型的增材制造技术，可以实现生物活性因子、细胞、生物支架在三维空间下的有序排列，提升放生器官的制备效率，并能降低人为因素对于组织器官构造的影响，有望解决器官短缺、供体不足、以及大面积创伤后的原位再生修复等难题。
然而，当前的生物 3D 打印技术对于“生物墨水”的可打印性要求较高。粘度较高的“生物墨水”可打印性更佳，但是生物活性较差；而粘度较低的“生物墨水”的生物活性更优，也能促进细胞的生长、增殖与分化，但是机械性能较低，难以实现对软组织的生物 3D 打印。
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破局：清华团队研发喷气式高通量干细胞微球 3D 打印机
据统计，中国每年因为交通事故等意外伤害导致的死亡人数约为 10 万人。其中，大面积组织器官创伤是致死的原因之一。
另外，中国每年约有 2000 万人遭遇不同程度的烧伤，5% 左右的受伤者需要住院治疗，以对受伤组织进行修复。
但是，如何实现大面积组织器官的有效再生修复，依然是临床上悬而未决的难题。
作为人体的“原材料”，干细胞可以产生所有具有特殊功能细胞。它具备多向分化的潜能，通过定向诱导可以分化成特定的组织或器官，具备良好的再生修复能力。
当前，临床主要采用干细胞注射法，来对器官进行再生修复。即通过提取脐带血内的间充质干细胞，制备成干细胞悬液，然后将悬液注射到受损的器官部位，从而实现修复。
然而，这种方法的细胞留存率较低。注射几小时后，干细胞在体内的留存率小于 5%[1]，干细胞活性也会迅速下降，难以满足临床对于干细胞数量和质量的要求。
在临床上，每平方厘米的受损器官需要约 100-300 万干细胞，并且干细胞的干性需要维持在 90% 以上。
此外，间充质干细胞一般来源于脐带血、脂肪 、骨髓等原代组织，存在扩增效率低、扩增周期长、耗时久等特点。
总体来说，干细胞在向临床转化的过程中，依旧面临着质量不可控、留存效率低、价格高昂等问题，极大地阻碍了产业化的进程。
此前，学界已经研发出若干对策。比如，将干细胞 固定在生物活性支架上，从而提升干细胞的稳定性和留存率。
而对材料进行改性设计、以及修饰功能基团，能让生物活性支架充分地模拟人体内部的细胞外基质微环境，为干细胞生长提供良好的“土壤”。
此外，采用干细胞微球填充式移植法，可以提升营养物质在生物活性支架内部的运输效率，为干细胞生长提供更丰富的营养物质。
生物 3D 打印技术，也是人们想到的对策之一。它是一种新型的增材制造技术，可以实现生物活性因子、细胞、生物支架在三维空间下的有序排列，提升放生器官的制备效率，并能降低人为因素对于组织器官构造的影响，有望解决器官短缺、供体不足、以及大面积创伤后的原位再生修复等难题。
然而，当前的生物 3D 打印技术对于“生物墨水”的可打印性要求较高。粘度较高的“生物墨水”可打印性更佳，但是生物活性较差；而粘度较低的“生物墨水”的生物活性更优，也能促进细胞的生长、增殖与分化，但是机械性能较低，难以实现对软组织的生物 3D 打印。
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破局：清华团队研发喷气式高通量干细胞微球 3D 打印机
