BOB综合体育官网app下载-清华大学的熊卓、张婷和方永聪教授：基于卫星在轨打印三维肿瘤模型

太空三维（3D）生物打印手艺可实现切确仿生肿瘤模子构建，用在评估空间情况对肿瘤的复合影响，进而深切领会疾病进展和相干医治策略。今朝太空三维生物打印面对一些坚苦，如发射前的不肯定性、液体可能泄露、太空中若何持久培育、装备主动节制、数据收集和传输等。近日，来自清华年夜学的熊卓、张婷和方永聪传授团队进行了基在卫星在轨打印三维肿瘤模子的相干研究。研究功效以“Satellite-Based On-Orbit Printing of 3D Tumor Models”为题在12月25日颁发在《Advanced Materials》上。 本文开辟了一种布局强度高、体积小、重量轻（ 6公斤）的新型太空三维生物打印装备。基在微凝胶的双相热敏生物墨水和悬浮介质，可撑持复杂肿瘤模子的在轨打印和原位培育。另外，本文还开辟了一种智能节制算法，可以或许主动节制三维打印、主动对焦、荧光成像和数据地面传输。本研究为初次经由过程卫星在太空中实现肿瘤模子在轨打印，其形态不变，存活率适中。成果发现，三维肿瘤模子在太空中比在地球上匹敌肿瘤药物更敏感。本研究为太空三维生物打印斥地一条新路子，为将来太空生命科学和医学研究供给新的可能性。 本文从以下几个方面进行具体描写： 1. 太空三维生物打印装备开辟 2. 合用在太空情况的功能性MBT生物墨水 3. 合适太空情况的多功能MBT悬浮介质 4. 基在机械进修的主动对焦算法 5. 复杂肿瘤模子在轨三维打印 6. 抗肿瘤药物检测 本文开辟了一种小型和主动化的空间三维生物打印装备，体积小（220毫米×250毫米×150毫米），重量轻（≈6公斤），合用在无人卫星平台（图1）。所开辟的装备可主动节制三维打印、主动对焦和荧光成像，实现质量包管和和时反馈。另外，本文开辟了一种嵌入式打印策略，撑持在轨三维打印和复杂模子的持久培育。基在微凝胶的双热敏（MBT）生物墨水和悬浮介质，具有优良的存储机能和抗泄露性，可顺应潜伏的发射延迟和振动。研究人员在低地轨道卫星上成功实现复杂肿瘤模子的在轨打印，其形态不变，细胞存活率适中。本文还证实三维肿瘤模子在太空比在地球上匹敌肿瘤药物更敏感，将加快将来太空肿瘤生物学和医学研究。 受限在今朝火箭发射昂扬本钱和卫星有用载荷体积和重量限制，太空生物打印装备必需很是紧凑、简便且布局强度高。是以，研究人员开辟了一种尺寸仅为220毫米×250毫米×150毫米、重量仅为6公斤的太空生物打印装备，用在在轨打印复杂肿瘤模子。太空生物打印装配首要由三维打印模块、生物模组、显微镜模块和节制模块构成（图2A）。三维打印模块首要由两个装满生物墨水的打针器和一个与加热片相连的硅绝缘体构成。生物模块由两个年夜室（体积：1.2±0.2mL）和八个小室（体积：0.4±0.1mL）构成，年夜室中装有效在嵌入打印的悬浮培育基，小室中装有效在研究空间肿瘤模子药物反映的癌症组装体和培育基。生物模块安装在可加热的上下平台上，而打印模块则安装在XY活动平台上，旁边是一个由机电节制的打针器活塞，用在将含有细胞的生物墨水挤压成复杂的三维布局。生物模块与三维打印模块相连，并经由过程乳胶软膜密封（图2D），软膜的厚度颠末进一步优化。在打印模块和生物模块的外壁安装了温度传感器，以监测分歧模块温度转变。在全部在轨打印和培育进程中，打印模块和生物模块的外部温度别离连结在21±2和32±2°C。是以，打印进程中MBT生物墨水和悬浮介质的现实温度别离连结在32±2℃和35±2℃。在地球上的频频测试注解，内部和外部组件之间的温差是恒定的。卫星进入轨道后，打印模块和生物模块在节制模块的驱动下加热到设定温度，然后该装备经由过程三维打印模块对肿瘤模子进行在轨三维打印（图2E）。打印完成后，显微镜模块主动捕获生物样本的明视野和荧光图象，并将其传输到卫星，然后再传输到地面（图2F）。在火箭发射进程中装备可能会履历猛烈振动，延续时候约为一分钟，是以需要高强度和刚度。本文对装备的布局设计进行优化，确保有用载荷装配既坚忍又轻便。总之，本研究设计出了一种紧凑、集成、靠得住的装配，可以或许进行在轨三维打印、不雅测和培育，为将来太空尝试奠基根本。 斟酌到在卫星中无人操作和传统挤压式三维生物打印的固有局限性，原位培育进程凡是很难进行灌注。首要由于在液体灌注进程中，气液界面庞易发生年夜量气泡。是以，研究人员开辟了一种嵌入式三维生物打印策略，操纵一种悬浮培育基既能三维打印MBT生物墨水，又能原位培育打印出的肿瘤模子（图3A）。MBT悬浮培育基由分离相GelMA凝胶和持续相明胶和透明质酸（HA）复合材料构成。成果注解，MBT悬浮培育基可用在高保真打印复杂布局（图3B）。荧光成像显示，MBT悬浮介质首要由近似在MBT生物墨水的微凝胶构成。流变测试注解，MBT悬浮介质具有剪切稀化和自愈合特征（图3C），有益在嵌入式打印。对嵌入打印的螺旋布局进行定量丈量注解，丝的宽度和间距受打印温度影响不年夜（图3D、E），注解MBT悬浮介质具有较宽的打印温度规模。固然微颗粒年夜年夜下降MBT悬浮介bob综合体育app登录官网质的不透明度，但嵌入打印布局的轮廓仍清楚可见。研究人员还打印了人体剖解布局（如人的支气管和心脏，图3F）和带有悬臂的布局（如垂直的TH管，图3G），用在展现打印能力。利用传统的挤压打印方式很难打印出具有悬臂和薄壁等复杂布局的组织物。因为明胶的存在，MBT悬浮介质在加热阶段的凝胶-溶胶改变点为35°C，在冷却阶段的溶胶-凝胶改变点为20°C。将MBT悬浮培育基注入生物模块后，在4℃下敏捷凝固。凝胶化后，MBT悬浮介质即便颠倒也不会在容器内活动。采纳这类预防办法是为了避免MBT悬浮介质在半开放舱内泄露，在火箭发射进程中的猛烈振动可能会致使这类泄露产生。在37℃的MBT悬浮培育基中培育的打印构建体在72小时内连结较高的细胞活力。以上成果注解，MBT悬浮培育基可撑持复杂构建物在30-37°C下嵌入打印和原位培育，同时在4°C-25°C下承受远程运输而不会产生泄露。 接着本文研究了太空情况中肺癌细胞对化疗药物的反映。有报导称微重力可调理化疗药物的感化，但这些研究都是在二维培育前提下利用微重力摹拟装配进行的，是以得出的结论其实不完全靠得住。本文设计了一个生物模块，此中有一个装有顺铂敏感温柔铂抗性H460/CAF癌细胞组装体的8孔室。该癌细胞组装体是评估药物抗肿瘤能力的最好三维肿瘤模子。敏感组和耐药组都接管分歧剂量的顺铂医治。经由过程液滴微流体手艺，利用GFP标识表记标帜的H460癌细胞和Dil标识表记标帜的CAF生成直径200μm的癌细胞组装体。为加强聚焦结果，将癌细胞组装体嵌入薄层GelMA水凝胶中，然落后行光交联，使其附着在培育室底部。荧光染色（图4C）和组织学染色（图4D,E）显示，培育一周的癌细胞组装体发育成肿瘤组织样布局，肿瘤本色和基质成份环绕实在质癌细胞，与体内肿瘤组织类似。为研究太空情况对肿瘤对药物医治反映的影响，在地面和太空同时捕捉明视野和荧光图象。成果发现，顺铂耐药组温柔铂敏感组在空间情况给药36小时后都呈现较着反映。在太空中比在地球上加倍敏捷和敏感（图4F）。太空情况中的耐药组比药物敏感组对顺铂的耐药性更强（图4G-J）。本研究成果注解，空间微重力情况可能会年夜年夜提高细胞对化疗药物的反映性，从而使耐药细胞更轻易进行抗肿瘤医治。这一发现为解决肿瘤耐药性问题供给一种新方式。要肯定空间辐射和微重力对肿瘤医治敏感性的分歧影响，还需要进一步的研究。研究人员打算不久未来在中国空间站长进行周全的尝试验证。总结与瞻望 总之，本文开辟了一种新型合用在太空的生物打印装备，可以在太空中打印和培育三维肿瘤模子。研究成果注解，所开辟的MBT生物墨水和MBT悬浮培育基可以或许在很宽的温度规模内打印三维肿瘤模子，并能在轨道上实现形态不变、细胞活力适中的培育。本文在卫星上对多功能尝试装配和太空生物打印手艺成功进行了在轨验证，标记着太空三维生物打印手艺的成长迈出主要一步，为加快太空生物学和医学研究与成长供给新的机缘。 文章来历：https://doi.org/10.1002/adma.202309618

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