當飛行員和宇航員進入飛行時，他們的身體被推入比地面經(jīng)歷的任何極端環(huán)境都更為極端。為了更好地理解人類在這些極端條件下的反應，德克薩斯農(nóng)工大學的研究人員在美國空軍科學研究辦公室的支持下，正轉向利用活肺細胞進行3D生物打印技術。他們的目標有兩個：提升航空和航天飛行的安全性，以及加快呼吸系統(tǒng)疾病的研究與治療。

重現(xiàn)極端環(huán)境

為了準確模擬肺細胞對惡劣環(huán)境的反應，德州農(nóng)工大學團隊需要高度控制的生物印刷參數(shù)，以確保細胞保持存活能力。“即使是生物印刷工藝中的微小調(diào)整，也能顯著影響細胞的存活率和增殖。” 文理學院教授秦鴻民博士解釋道。“通過微調(diào)這些參數(shù)，我們正在為組織工程未來的突破奠定基礎。”

研究人員通過一系列針對性的實驗模擬極端環(huán)境。在一項發(fā)表于《仿生學》雜志的研究中，團隊在印刷過程中調(diào)整了擠壓壓力。他們發(fā)現(xiàn)，更高的壓力會導致細胞死亡增加。另一項發(fā)表在《生物工程》雜志的研究中，他們將3D打印樣品暴露在不同溫度下，溫度高達55攝氏度。他們觀察到較高的溫度會增加氧化應激并降低細胞存活率。“壓力和溫度的研究結果凸顯了精確技術的必要性，以保護3D生物打印樣本中肺細胞的存活能力，并展示細胞如何應對環(huán)境壓力。”秦說道。

團隊還開發(fā)了一種優(yōu)化的生物墨水配方：膠原蛋白與海藻酸鹽的4：1混合配方，在六天內(nèi)保持了令人印象深刻的85%細胞存活率，為未來研究奠定了有前景的基礎。

3D打印肺模型在航空航天以外的應用

除了解決國防優(yōu)先事項外，該項目還為醫(yī)學研究創(chuàng)造了廣泛的機會。通過制作逼真的3D打印肺細胞培養(yǎng)物，團隊創(chuàng)建了一個研究慢性阻塞性肺病等呼吸系統(tǒng)疾病的平臺，并加快藥物篩查工作。展望未來，團隊預計采用同樣的方法按需生產(chǎn)生物工程組織。

這項工作與其他領域的進展相呼應。今年早些時候，安大略省麥克馬斯特大學的研究人員開發(fā)了一種生物墨水，能夠再現(xiàn)肺組織的彈性和拉伸性，使其非常適合模擬慢性阻塞性肺病（COPD）、肺纖維化等疾病，以及毒性和藥物反應測試。同年，美國國土安全部科學與技術司與維克森林再生醫(yī)學研究所合作，利用3D打印肺組織分析有毒煙霧對人體健康的影響。這些項目共同強調(diào)了仿生三維模型正成為診斷、毒理學和治療開發(fā)的實用平臺。想了解更多信息，請閱讀德州農(nóng)工大學的相關文章。

封面圖片來源：存款照片

上一篇：125萬美元資助，利用3D打印環(huán)境危害傳感器保護夏威夷
下一篇：加拿大如何監(jiān)管3D打印以促進健康與安全