生物3D打印在医学领域的研究及应用

可以改变我们世界的三维打印(Three-Dimensional Printing,3DP)技术以其灵活性和精密性的特点,一出现便引起全球关注.随着近几十年3D工艺的发展,制造业的革命性变革已席卷全球.生物3DP是以活细胞、生物材料和生长因子为主要组分,以打印活体组织与器官为目标的一种新技术,并逐渐应用于骨骼、支架、...     

3D打印技术在细胞打印方面的应用与发展

3D打印技术是一种快速成型技术.本文对3D打印的概念、发展、现状作了简要的概括,重点介绍了3D打印技术在细胞打印方面的应用,分析了各种细胞打印技术的原理及其优缺点,并对3D细胞打印的发展趋势进行了展望.     

3D生物打印技术在人工器官中的应用

3D生物打印技术是一种能够在数字三维模型驱动下,按照增材制造原理定位装配生物材料及细胞单元,制造医疗器械、工程化组织、人工器官等制品。它的出现,有可能解决移植器官来源紧缺的问题,从而延续患者的生命,提高其生活质量。本文主要简述3D生物打印技术在人工骨与软骨、人工血管、人工肝脏制造中的应用及其局限性和挑战。     

3D生物打印中复合水凝胶生物墨水的研究进展

近年来,3D生物打印作为一种新兴生物增材制造技术,被广泛应用于体外功能组织和类器官结构开发。一种可负载细胞的水凝胶生物墨水,不仅能为组织发育提供稳定的3D架构,还可充当细胞的第一接触点,从而影响到构建物中细胞数量、增殖、迁移等。然而传统水凝胶生物墨水存在可打印性差、力学性能差、不利于细胞生长的微环境等诸多缺点。近年来,大家致力于复合水凝胶生物墨水的开发,以弥补水凝胶生物墨水的短板,本文正是对增强水凝胶生物墨水性能的策略进行分类归纳,将各种增强策略的方法、优缺点及前景综述,并对水凝胶生物墨水的研发进行了展望。     

3D生物打印在组织工程的研究及应用

3D生物打印技术是3D打印技术的一个分支与延伸,是增材制造与细胞打印的结合,是不同领域技术如工程学、生物材料学、细胞生物学、物理学、化学、制造学及医学集成的产物,是3D打印技术中新兴的、快速扩张的、富有生命力的、最具发展前景的技术领域,被认为是21世纪组织工程与生物制造的新范式,已越来越多地应用于组织工程中。3D生物打印技术可能是我们下一步超越基于传统组织工程支架的障碍和局限,以工业化生产组织工程产品。本文主要从3D生物打印技术在组织工程的研究及应用的国内外研究现状、特点、打印方式、材料,以及发展前景等方面作简要综述。     

3D打印技术在骨科领域的应用进展

3D打印可以根据医学成像数据集创建出针对患者特定解剖结构的精确物理模型,将虚拟影像转化为三维实体物件,具有成型精度高、个性化突出等优势,实现材料结构的个性化定制及解剖学匹配,在骨科领域中得到了广泛的应用与发展。随着3D打印技术的发展和3D打印材料的更新,3D打印技术已经渗透到了医学的各个领域,其在骨科中的应用价值逐步突出,包括3D打印模型、3D打印截骨导板、3D打印导航导板、3D打印假体、3D生物打印等,具有广阔的应用前景。     

3D打印技术在骨肿瘤手术治疗中的应用

面对骨肿瘤患者个体化的差异如何在尽量保留肢体情况下精准完整地切除骨肿瘤、重建骨肿瘤切除后的骨缺损、减少肿瘤复发率以及最大限度地恢复肢体的功能对于骨科医生来说是一个巨大的挑战.本文主要介绍了3D打印新型模型与骨肿瘤周围复杂的解剖关系,3D打印截骨导板快速切除骨肿瘤,3D打印假肢及内植入物重建肿瘤切除后的骨缺损,3D生物打...     

不同3D打印精度制作的生物材料表面形貌对表皮葡萄球菌生物膜形成影响

目的 探讨不同3D打印精度制作的生物材料表面形貌对表皮葡萄球菌生物膜形成的影响.方法 以医用3D打印原材料光敏树脂MED610为材料,使用光固化成型技术分别按照16 μm、30μm、100 μm层厚制作样本.测量样本表面粗糙轮廓的算术平均偏差Ra、轮廓的最大高度Rz,静态角接触法检测样本疏水性.与表皮葡萄球菌标准株RP...     

表皮干细胞对角质形成细胞增殖的影响

目的:研究表皮干细胞对角质形成细胞增殖的影响.方法:体外培养角质形成细胞时比较有无表皮干细胞时对角质形成细胞生长曲线的不同.结果:有表皮干细胞时角质形成细胞增殖速度快,且实验组在第2天即可见到散在的细胞集落,而对照组在第3天才看得到集落,实验组形成的集落大而多,对照组则少而小.结论:表皮干细胞对角质形成细胞的增殖有正性作用,表皮干细胞可能通过分泌某种"表皮干细胞因子"对角质形成细胞发挥作用.     

3D生物打印技术在组织工程和器官移植中应用的研究进展

3D生物打印是一种利用计算机三维数字成像技术和多层级连续打印的特点,以活细胞为原料打印活体组织的技术,能够制作出高精度且更为适合人体的模型和组织器官。目前,3D生物打印已在组织损伤修复和器官移植等领域取得了一定的成果,被应用于皮肤、人造血管、牙齿、心脏组织和骨质结构的再生与重建。本文阐述了3D生物打印技术的基本原理,总结了组织工程中3D生物打印的常用方法,概括了目前3D生物打印技术在组织和器官修复中的研究进展。     

壳聚糖体外促进兔膀胱黏膜上皮细胞的增殖

目的:观察壳聚糖对体外培养膀胱黏膜上皮细胞增殖的影响,探讨其治疗间质性膀胱炎的可行性.方法:获取新西兰兔膀胱黏膜,Dispase酶消化法收集上皮细胞,分不同浓度(0.3、0.6、1.2、2.4、4.8 g/L)壳聚糖实验组与对照组进行细胞原代培养,免疫组织化学鉴定培养细胞.培养72 h后,光镜下观察细胞生长增殖情况,NAG酶反应比色法和细胞计数法测定壳聚糖对膀胱上皮细胞增殖的影响.结果:免疫组化鉴定培养细胞为膀胱黏膜上皮细胞.与对照组相比,壳聚糖在浓度》0.3 g/L时能促进兔膀胱黏膜上皮细胞的增殖, 促进作用在浓度为1.2 g/L时最明显(P＜0.01),2.4、4.8 g/L时渐降低,但仍高于对照组(P＜0.01).结论:壳聚糖体外可以促进兔膀胱黏膜上皮细胞增殖,值得进一步研究以用于治疗间质性膀胱炎.     

氧化石墨烯对人胚胎干细胞诱导的视网膜色素上皮细胞活性的影响

目的 探索氧化石墨烯(graphene oxide,GO)对人胚胎干细胞(human embryonic stem cell,hESC)诱导的视网膜色素上皮细胞(retinal pigment epithelial,RPE)活性的影响.方法 hESCs通过自发分化法诱导为RPE细胞,通过免疫荧光法和透射电镜对其进行鉴定后,将hESC-RPE细胞与浓度分别为0、12.5、25、50和100 μg/mL的GO共培养24 h,采用CCK-8试剂盒检测其细胞活力,与浓度为50 μg/mL的GO共培养24 h,流式细胞仪检测细胞凋亡和细胞内反应性活性氧(reactive oxygen species,ROs)水平.结果 hESC分化的RPE细胞,呈典型的铺路石样形态,细胞间连接紧密,胞浆富含色素颗粒;免疫荧光检测表达RPE细胞早晚期及紧密连接的标记,并具有吞噬感光外节能力;电镜观察到顶端的微绒毛,细胞呈单层;GO经原子力显微镜检测,说明制备的氧化石墨烯溶液以单层为主;经紫外-可见吸收以及拉曼光谱测试表明石墨经过强氧化之后,其有序的结构遭到破坏,产生了许多缺陷和出现了大量的无序结构;CCK-8细胞活性检测结果显示各组均无统计学差异;细胞凋亡和氧化应激实验中与空白组之间差异没有统计学意义.结论 GO对于hESC-RPE细胞生物相容性好,提示其有望作为RPE细胞的纳米载体.     

地塞米松对兔骨髓间充质干细胞存活增殖成骨的影响

目的:观察骨髓间充质干细胞(BMSCs)的持续生存能力及地塞米松对其存活、增殖、成骨分化能力的影响。方法:提取兔BMSCs,予不同浓度(0、10-9、10-8、10-7、和10-6mol/L)地塞米松,分别于1、3、5、7 d时观察地塞米松对BMSCs增殖的影响,作用1～4周后检测碱性磷酸酶水平;分别饥饿0～7 d,复苏1、3和7 d后,观察BMSCs的持续生存能力。结果:培养1 d地塞米松10-6mol/L组测得的OD值结果最高,而对照组结果最低,培养3、5、7 d时,地塞米松10-9mol/L组测得的OD值最高;同时,在2～4周10-9mol/L组增加碱性磷酸酶活性最明显;复苏1和3 d,对照组与饥饿1～7 d之间差异有统计学意义(均P<0.05),复苏7 d,各组两两之间差异无统计学意义(均P>0.05)。结论:BMSCs具有较强的持续生存能力,地塞米松对BMSCs有增加存活、促进增殖、成骨分化的作用。     

同种异体移植的骨髓间充质干细胞在椎间盘环境中存活及增殖能力的研究

目的观察同种异体移植的骨髓间充质干细胞（MSCs）在椎间盘环境中的存活及增殖能力。方法从30只日本大白兔中分离培养骨髓MSCs,Ad—EGFP标记后同种异体移植到椎间盘环境中,术后1周、2周、4周、8周、12周取材,Brdu处理后做石蜡切片,荧光显微镜观察细胞存活,并行Brdu免疫组化染色检测细胞增殖。结果术后1周、2周、4周、8周、12周标本内可观察到绿色荧光,术后1周、2周、4周、8周、12周标本内均有Brdu免疫组化染色阳陆细胞。结论自体移植的MSCs在椎间盘环境中能够存活并且增殖,为MSCs作为椎间盘组织工程的种子细胞提供了实验依据。     

羊膜上皮细胞促进共培养神经干细胞存活及分化

目的：探讨羊膜上皮细胞是否能在体外促进胚胎脑神经干细胞的存活及分化。 方法：Neurosphere法分离、克隆E12~14 d Wistar大鼠脑组织的神经干细胞,同时从羊膜中分离羊膜上皮细胞。将神经干细胞与羊膜上皮细胞在不同条件下共培养,通过免疫组织化学法对羊膜上皮细胞及神经干细胞的分化进行检测。 结果：羊膜上皮细胞表达神经干细胞及神经元、神经胶质细胞表面抗原;与羊膜上皮细胞共培养的神经干细胞克隆的分化细胞总数、分化为神经元的百分率及神经元初级突起长度明显高于对照组。 结论：羊膜上皮细胞与神经干细胞具有一定的同源性;羊膜上皮细胞能促进体外培养的神经干细胞的分化,且主要向神经元分化,并促进神经元初级突起的生长。提示羊膜上皮细胞为神经干细胞提供促进其分化及存活适宜的微环境。     

人血小板裂解液替代胎牛血清促进骨髓间质干细胞的增殖

目的探讨人血小板裂解液(human platelet lysates,HPL)对骨髓间质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)增殖以及生物学特性的影响。方法通过对机采血小板反复冻融获得HPL,采用密度梯度离心法从骨髓中分离MSCs,分别用10%胎牛血清(feotal calf serum,FCS)和LD-DMEM添加不同浓度的HPL进行培养,以确定最佳HPL浓度。分离6株人源MSCs,从原代开始分别用添加胎牛血清和最佳HPL浓度的LD-DMEM进行培养,对两种培养体系下6株不同来源的MSCs的增殖能力,表面标记表达量以及细胞周期进行研究,并利用t-test进行统计学分析,P<0.05视为有统计学差异。结果研究发现HPL中含有MSCs生长所必需的4种生长因子,PDGF-AB(人血小板衍生生长因子AB),bFGF(成纤维细胞生长因子),IGF-1(胰岛素样生长因子1),TGF-β1(转化生长因子β1),浓度分别为:(0.53±0.06)ng/ml,(37.5±4.31)pg/ml,(0.15±0.06)mg/ml,(5150±463)pg/ml。适合MSCs增殖的最佳HPL浓度为7.5%。两种培养条件下的细胞形态无明显区别,均为长梭形。8代以前,细胞增殖能力没有显著性差异(P>0.05),两种培养条件下的MSCs均表达CD105,CD106以及粘附分子CD29和CD44,不表达CD34,CD45,且其表达量没有显著性差异(P>0.05)。两种培养体系下绝大多数细胞处于G0-G1期,FCS培养的MSCs其G0-G1期占(96.97±0.95)%,7.5%的HPL培养的MSCs其G0-G1期占(94.58±1.56)%,两种培养条件下不同周期没有显著性差异(P>0.05)。结论本研究适合MSCs增殖的最佳HPL浓度为7.5%,HPL可以替代胎牛血清体外培养扩增人骨髓间质干细胞,并保持其生物学特性基本不变。     

表皮干细胞体外诱导转分化为角膜上皮细胞的实验研究

目的探讨表皮干细胞向角膜上皮细胞转分化的可塑性.方法用Ⅳ型胶原筛选的方法培养并鉴定表皮干细胞,经体外与角膜缘基质细胞共培养诱导分化,免疫组化检测角膜上皮细胞特异标志物K12表达.结果获得的表皮干细胞表现出很强的增殖潜能,光镜下为原始细胞形态特征,能强表达K19和β1-integrin,共培养2周后可见细胞分化,细胞表达角膜上皮特征性K12.结论在本实验的体外诱导条件下,表皮干细胞能转分化为角膜上皮细胞.     

酸对人正常食管粘膜上皮细胞增殖和ERK表达水平的影响

目的 观察酸对人正常食管粘膜上皮细胞的增殖和细胞外信号调节蛋白激酶（ERK）表达水平的影响。方法 体外培养人正常食管粘膜上皮细胞，分别在pH4．0～6．5的条件下培养3～60min并设对照（pH7．3）进行比较。采用MTT法和流式细胞技术测定细胞增殖状态。免疫印迹法测定磷酸化ERK1／2蛋白表达。结果 酸的短时间（3min）作用使细胞增殖比大于1，S期细胞比率升高，磷酸化ERK1／2蛋白表达增加。当酸作用时间大于6min时，细胞增殖比小于1，S期细胞比率下降。ERK抑制剂U0126可阻断酸诱导的细胞增殖。结论 酸的短时间刺激可促进人正常食管细胞的增殖，与ERK表达上调有关。     

4种异黄酮改构化合物对人离体子宫内膜腺上皮细胞增殖活性的比较

目的观察4种异黄酮改构化合物（F8、F11、ZF3和ZF7）对人离体子宫内膜腺上皮细胞增殖的影响。方法采用胶原酶消化十二次筛网过滤法原代培养人子宫内膜腺上皮细胞。MTT法检测并比较4种化合物对人离体子宫内膜腺上皮细胞增殖的影响。结果成功培养原代人离体子宫内膜腺上皮细胞并稳定传代。4种异黄酮化合物作用于人子宫内膜腺上皮细胞24h后，低剂量（25μmol／L）F8显著促进细胞增殖（P〈0．05），中高剂量（50、100μmol／L）F11显著抑制细胞增殖（P〈0．05）；作用48h后，中剂量（50μmol／L）F11和ZF3显著抑制细胞增殖（P〈0．05），高剂量（100μmol／L）化合物均显著抑制细胞增殖（P〈0．05）；作用72h后，除低剂量（25μmol／L）F8、ZF3和ZF7未明显抑制细胞增殖外（P〉0．05），各化合物在不同剂量下均抑制细胞增殖效应（P〈0．05）；该生物学效应具有时间和剂量依赖性。结论4种异黄酮化合物在一定剂量下作用一段时间后可抑制人离体子宫内膜腺上皮增殖。F11抑制细胞增殖活性最强。     

胰岛素样生长因子-1对人晶状体上皮细胞增殖的影响

目的探讨胰岛素样生长因子-1(IGF-1)对人晶状体上皮细胞增殖的影响。方法对永生化人晶状体上皮细胞系B-3(HLEB-3)进行培养及传代,应用不同浓度的IGF-1(5、10、20、30、40、50、60μg.L-1)作用于HLEB-3细胞,在不同时间点采用四甲基偶氮唑盐比色(MTT)法检测IGF-1对HLEB-3细胞增殖的影响。采用蛋白质印迹(West-ern blotting)方法检测晶状体上皮α-肌动蛋白(α-actin)的表达。结果 IGF-1在5μg.L-1时就对HLEB-3细胞有明显的促增殖作用(P<0.05),且随着IGF-1浓度的升高,促增殖作用增加,即促增殖效应具有浓度依赖性;同时也可上调α-actin蛋白的表达,与对照组比较,各浓度组IGF-1均可显著促进α-actin蛋白表达上调(P<0.01),且随着IGF-1浓度的增加,α-actin蛋白含量逐渐升高。结论 IGF-1具有促进人晶状体上皮细胞增殖的作用,其作用强度呈浓度依赖性。