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微納3D打印技術(shù)賦能生物醫(yī)療,把器官“種”在芯片上

更新時間:2023-12-01點擊次數(shù):541

人類對于細胞的探索從未止步,同時一直在尋求如何在體外培育細胞的方法。但人體內(nèi)有幾十萬億的細胞,為何還需要在體外進行細胞培養(yǎng)呢?

想象一下,體外培育細胞就像是一個細胞的小型工廠,我們在這里培養(yǎng)出健康的細胞,然后將它們輸送至人體內(nèi),修復(fù)那些受損的部位。同時,我們還像質(zhì)檢員一樣,用實驗室里的細胞對新藥進行檢測,確保它們在進入人體后不會出現(xiàn)問題。

通過對細胞進行體外培養(yǎng),我們可以更深入地了解生命現(xiàn)象,為疾病治療、組織再生和生物安全等領(lǐng)域提供有力支持。這就是,盡管人體內(nèi)有無數(shù)的細胞,我們?nèi)匀恍枰隗w外進行細胞培養(yǎng)的原因。


生命的可能性:何為3D細胞培養(yǎng)、類器官和器官芯片

3D細胞培養(yǎng)、類器官及器官芯片等技術(shù)為科學家提供了一種更接近體內(nèi)真實環(huán)境的研究方法,有助于深入了解細胞生物學、疾病發(fā)展機制以及藥物作用,為生命的拯救和延續(xù)找到新的可行道路。所以,它們的原理以及關(guān)系到底是怎樣的?

3D細胞培養(yǎng),是一種實現(xiàn)細胞在人工構(gòu)建的環(huán)境中生長的技術(shù)。與傳統(tǒng)的2D細胞培養(yǎng)相比,3D細胞培養(yǎng)能模擬細胞在體內(nèi)的生長環(huán)境,從而更好地展現(xiàn)其生理特性和功能。


3D細胞培養(yǎng)方法總覽(Langhans, Front Pharmacol, 2018)



類器官是指利用成體干細胞(ASC)或多能干細胞(PSC)進行體外3D培養(yǎng),形成類似體內(nèi)器官結(jié)構(gòu)和功能的“微器官模型",是對早期2D培養(yǎng)細胞的技術(shù)革新。

2D細胞培養(yǎng)由于無法實現(xiàn)細胞間交流或細胞與細胞外基質(zhì)的相互作用,存在應(yīng)用的局限性。類器官培養(yǎng)突破這一難題,高度模擬原始器官的結(jié)構(gòu),甚至一定程度還原其過濾、排泄、神經(jīng)鏈接、收縮功能等。


利用類器官成功篩選出新冠治療候選藥物《Nature》



與前兩者不同,器官芯片是以微流控芯片技術(shù)為核心,通過體外重建組織器官水平的結(jié)構(gòu)功能,再重現(xiàn)體內(nèi)器官的生理和病理特征的微流控細胞培養(yǎng)裝置。它利用微流體技術(shù)使營養(yǎng)物質(zhì)和其它化學信號以可控的方式運動和傳遞,可構(gòu)建和模擬人體組織微環(huán)境。

但器官芯片在類器官的基礎(chǔ)上,可以更加有效的模擬藥物代謝、器官之間的相互作用。


器官芯片體系(華夏源行業(yè)研究院)



創(chuàng)新的魅力性:進軍生物醫(yī)療領(lǐng)域,開創(chuàng)全新終端產(chǎn)品

依托于微流控技術(shù)的需求,高精度微納3D打印技術(shù)已成為器官芯片制作的重要支撐。摩方精密自主研發(fā)的毛細血管器官芯片,不僅能夠?qū)崿F(xiàn)更高細胞培養(yǎng)密度,還可進行連續(xù)數(shù)周的長期培養(yǎng),使得體外3D培養(yǎng)的類器官更接近人體器官的功能性。




摩方精密的毛細血管器官芯片,由生物兼容性樹脂制成,其整體結(jié)構(gòu)尺寸為18 mm(L)x10 mm(W)x5 mm(H),內(nèi)含多組壁厚20 μm的5層平行流道,每層有14行平行通道(尺寸為25μm),且每條通道上均有間隔300 μm的梯形界面小孔,孔徑尺寸為7-10 μm,可進行細胞培養(yǎng)的艙內(nèi)尺寸為10 mm(L)x6 mm(W)x2 mm(H)。




毛細血管器官芯片需通過定制化的灌輸系統(tǒng),實現(xiàn)營養(yǎng)物質(zhì)及代謝廢物等物質(zhì)交換,可培育相似度很高的人體器官功能性的類器官及充足的物理、生理信號等器官生長環(huán)境。

摩方精密公司為此類芯片提供了一款定制化的灌輸單元。這款裝置可精準控制灌輸流量范圍,并且配備了彩色的液晶觸摸屏,便于智能化控液。

利用毛細血管器官芯片灌輸培養(yǎng)系統(tǒng),進行營養(yǎng)物質(zhì)及代謝廢物等物質(zhì)交換過程,可幫助科研人員在兩周內(nèi)培育出細胞模型,并完成藥物測試分析,從而有效提升藥物篩選及新藥開發(fā)進程。

目前,摩方精密圣地亞哥研究院通過對毛細血管器官芯片灌輸培養(yǎng)的實驗,已成功得到了結(jié)直腸癌類器官和腎近端小管類器官。在這個充滿無限可能的領(lǐng)域里,毛細血管器官芯片無疑將成為未來藥物研發(fā)的重要工具之一。




隨著毛細血管器官芯片的推出,將進一步推動器官芯片技術(shù)在疾病研究、藥物開發(fā)和臨床應(yīng)用等方面的廣泛應(yīng)用。未來,摩方精密致力于為全球科研工作者提供高性能的器官芯片解決方案。


技術(shù)的賦能性:微納3D打印技術(shù),2微米超高精度

摩方精密作為超高精密3D打印系統(tǒng)的前行者,以2μm精度工業(yè)級3D打印技術(shù)在器官芯片領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景,有助于制備具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)和精確尺寸的器官芯片。




摩方精密毛細血管器官芯片是由第二代2μm精度3D打印系統(tǒng)microArch®S230制備而成,該設(shè)備兼顧用戶對打印精度與打印速度的超高要求,在實現(xiàn)2μm的超高精度的基礎(chǔ)上,提升了打印速度和打印體積。




其中microArch®S230的打印體積可達50mm×50mm×50mm,打印速度提升最高5倍,打印材料也可兼容樹脂和陶瓷材料。摩方精密的微納3D打印技術(shù)可根據(jù)具體需求定制化設(shè)計器官芯片的結(jié)構(gòu)和功能,降低生產(chǎn)成本,提高研發(fā)效率,實現(xiàn)個性化應(yīng)用,為研究人員提供了更大的創(chuàng)新空間。


S230打印典型樣件(內(nèi)含:點陣-50μm桿徑,巴基球-50μm桿徑,埃菲爾鐵塔-高度20mm、最小桿徑30μm,微針陣列-尖部10μm)



3D細胞培養(yǎng)和類器官臨床應(yīng)用峰會

2023年3D細胞培養(yǎng)和類器官臨床應(yīng)用峰會將于11月28-29日在蘇州福朋喜來登酒店舉辦,緊密圍繞細胞與基因治療前沿技術(shù)應(yīng)用、3D細胞培養(yǎng)與類器官臨床應(yīng)用等相關(guān)話題,協(xié)調(diào)整合產(chǎn)、學、研領(lǐng)域資源,以推動類器官技術(shù)在全球的健康發(fā)展和應(yīng)用轉(zhuǎn)化。

摩方精密將攜毛細血管芯片等樣件和主題報告亮相峰會現(xiàn)場(展位:A23),屆時歡迎各位業(yè)內(nèi)人士蒞臨參觀,共同交流器官芯片行業(yè)應(yīng)用前景。




摩方精密產(chǎn)品應(yīng)用部總監(jiān)彭瑛博士將于11月28日14:50-15:10在會議分論壇一:3D細胞培養(yǎng)、類器官及器官芯片(三樓會議室一)帶來題為《高精度微尺度3D打印助力微流控芯片及器官芯片的應(yīng)用進展》的演講。

在此次演講中,彭瑛博士將帶您了解面投影微立體光刻(PμSL)技術(shù)在生物醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用進展及創(chuàng)新發(fā)展成果,非常歡迎大家前來探討交流。



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