用3D生物打印减少动物试验

3D生物打印机

江苏激光联盟导读：

来自IBEC的研究，使用3D生物打印替代动物实验。

近几十年来，生物医学研究的进步使人们有可能解决疾病，并取得巨大的医学进步。不幸的是，在最大程度上，实验研究需要动物模型来推进。欧盟通过欧洲动物研究协会严格按照3R原则监管动物研究。这些是1）替换：避免或替换使用动物；2）减少：尽量减少每次实验使用的动物数量；3）精细化：尽量减少动物的痛苦，改善福利。

包含皮肤细胞的基质的小方块。欧洲项目BRIGHTER开发了一种新的3D生物打印技术，以利用光生产人造皮肤。它可以显着减少动物在制药，化妆品和生物医学研究中的使用。

按照欧洲程序，Catalonia 生物工程研究所（IBEC）协调的BRIGHTER项目（光片光刻生物打印：高速高分辨率复杂组织工程）正是基于通过开发3D生物打印的新解决方案，减少动物实验。在这个领域，也被称为组织工程或再生医学，3D打印技术越来越多地用于生物医学目的，以生产骨、牙和软骨修复体。在BRIGHTER，研究人员正在利用光进行3D生物打印，制造人类皮肤，这是一种高度复杂的组织。

三维生物打印新技术

BRIGHTER是一个由欧盟资助的项目，由来自IBEC细胞工程仿生系统实验室的专家组协调，由Elena Martínez博士领导。其主要目标是开发和应用光片生物打印技术，以创建复杂、准确的体外模型，使其既能用于制药行业（化妆品和药物的测试），也能用于基础研究，减少动物实验。

为了实现这一目标，研究人员正在开发一种基于图案化激光光片的新3D生物打印技术，他们打算利用该技术克服目前限制复杂人体组织制造的一些技术障碍。

“我们创新的3D生物打印系统不仅可以获得更接近真实组织的组织，而且比现有系统快得多，这是确保新组织活力的基本因素。”欧洲项目协调员Elena Martínez教授说。

水凝胶是细胞生长和形成新组织的基础材料，是这项技术的关键组成部分。水凝胶具有类似于体内细胞环境（称为细胞外基质）的性质。这种基质包围着体内的细胞，为它们提供营养、类似组织的弹性和稳定性。另一个非常相关的因素是，整个过程可以以个性化的方式完成，因为患者细胞可以用来构建新的组织。

实验室印花皮肤

为了微调这项新技术，BRIGHTER的研究人员正在打印人类皮肤，这是一种具有高度复杂的三维结构的组织，由多种细胞类型和结构组成，如汗腺和毛囊。

一方面，用这项新技术制成的皮肤可以在制药和化妆品行业以及基础研究实验室中用作动物的替代品，因为它是由人类细胞制成的，因此是一个更加可靠的系统。另一方面，它可以帮助应对医疗干预中对皮肤的需求，例如烧伤或患有不同皮肤病的人。

3D生物打印原理图

这项新技术的优点是，它允许对打印的组织进行详细的塑造，这对于皮肤来说至关重要，因为它是一种动态组织，由具有不同细胞类型和细胞外基质组成的几层组成。此外，这项技术使组织血管化成为可能，包括皮脂腺（脂肪）和汗腺等必要的附属物，以及生成头发的毛囊。

为了“打印”皮肤，并使其适应其结构、形状和一致性，研究人员使用先进的成像技术，将照明与光片和高分辨率数字光掩模相结合，使细胞在水凝胶内形成图案。他们通过将激光直接照射到材料（水凝胶和细胞）的混合物上来实现这一点，其中也含有对光反应的分子。通过这种方式，可以根据需要塑造新组织并创建其三维结构，控制刚度、形状和尺寸，从而生成具有复杂几何形状的三维组织。

“我们希望能够打印出面积为1平方厘米，厚度1毫米，大约10分钟，细胞存活率超过95%，大大改善了当前的生物打印条件。”IBEC博士后研究员Núria Torras博士。

来源：INSTITUTE FOR BIOENGINEERING OF CATALONIA (IBEC)