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3D打印——匹兹堡大学使用3D打印技术研究乳腺癌前病变

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3D打印——匹兹堡大学使用3D打印技术研究乳腺癌前病变

作者:
发布时间:
2019/05/09
【摘要】:
匹兹堡大学的AdrianV.Lee为美国陆军医学研究和装备司令部编写了一份关于3D打印医学模型和乳腺癌的研究,他的研究结果在国防技术信息中心出版的“A生物3D打印的癌前病学研究模型”中进行了概述。假设体外生物3D打印的癌前期乳腺细胞模型可以帮助识别低风险恶变前疾病的标记物,致力于3D打印乳腺癌的研究,据中国3D打印网了解,研究小组最终由以下专家组成:  1、外科肿瘤科医生  2、乳腺生物学家  3
  匹兹堡大学的Adrian V. Lee为美国陆军医学研究和装备司令部编写了一份关于3D打印医学模型和乳腺癌的研究,他的研究结果在国防技术信息中心出版的“A生物3D打印的癌前病学研究模型”中进行了概述。假设体外生物3D打印的癌前期乳腺细胞模型可以帮助识别低风险恶变前疾病的标记物,致力于3D打印乳腺癌的研究,据中国3D打印网了解,研究小组最终由以下专家组成:
  1、外科肿瘤科医生
  2、乳腺生物学家
  3、生物医学工程师
  4、癌症生物学家
  专家门为研究的每一年指定了目标:
  第1年 - 量化乳腺发育并发现菌株依赖性差异。
  第2年 - 继续描述乳腺的发育特征。
  第3年 - 研究体外乳腺细胞的生长模式。
 
 
  遗传背景影响整个乳腺导管几何形状。从E-钙粘蛋白染色的乳腺整体支架制备三维重建。在出生后第17天从11种不同近交品系的雌性中收集组织。显示的是(A)总管道长度,(B)平均管道长度,(C)总分支计数,(D)分支密度,(E)导管直径,(F)曲率,(G)分叉角度和(H)二面角。每个框表示3至7只动物的数据。统计显着性设定为a = 0.05。箱子按应变中位数排序。具有相似上标的框与Tukey的HSD相似(P> 0.05)。
  小鼠在研究中也被广泛使用,其年龄对应于人类青春期的发病,并且乳腺尚未受到发情的影响。通过育种配对,研究人员能够使用乳房组织进行3D成像,然后将其送到匹兹堡大学进行3D打印。“这项工作代表了不同遗传背景的近交小鼠品系中导管结构和模式的第一次3D打印比较。”Lee表示, “该研究的假设是导管模式,以及在产后早期发育过程中刻板分支行为的实施因遗传背景而异。”
  研究小组注意到:
  总管道长度
  平均管道长度
  总分支数
  分支密度
  导管段直径
  曲率
  随着工作的进展,研究人员开始直接用1型胶原蛋白和其他ECM蛋白水凝胶进行生物打印:
 
 
  “我们开发的乳腺导管模型代表了使用具有多种ECM和水凝胶成分的生物打印机产生的世界第一级复杂性。”在下一阶段,研究人员使用祖细胞来3D打印乳腺导管结构。除此之外,他们还完成了对祖细胞的进一步成像和评估。在接种和培养一周的构建体中,胶原的分层是一致的。左侧显示的构建体用MCF7细胞培养,左侧的构建体用MCF10a细胞培养。在所有构建体中,在胶原蛋白的顶部边缘周围可见细胞间隙,表明胶原蛋白原本在那里但在细胞的作用下被拉开。否则,我们期望在顶侧藻酸盐的所有区域上看到细胞散布在边缘的边缘周围。比例尺为1毫米。
  他们注意到模型中的结构丢失,因为细胞开始不利地影响胶原蛋白,因此发生了挑战。所有生物打印结构都经历了分层,无论它们具有何种类型的细胞基础。增长被打断,整体表征被“抑制”。他们重新设计了结构,以便在整体研究中实现更好的增长和质量。这种新系统完全以I型胶原蛋白印刷,内径为1.4 mm,与普通乳房相匹配。该团队现已成功打印了超过25个生物打印模型。
 
 
  重新设计的乳腺导管结构显示简化的管设计和灌注验证。 (A)构造的示意图。 (B和C)使用FRESH 3D生物打印方法完全由I型胶原印刷的构建体的照片。 (D)灌注研究使用我们的生物反应器平台通过管腔灌注各种分子量的荧光葡聚糖并跟踪通过管壁的扩散。 (E)(D)中灌注和渗透性研究的定量,显示预期通过壁的扩散取决于分子量,但也没有大的缺陷。
  研究人员总结到:在第1年,我们遇到了一些小的困难,例如某些小鼠品系的繁殖力降低,但我们在第2年继续这些研究并完成了如上所述的乳腺导管发育研究。在第2年,我们不得不改变3D导管微环境的设计,因为我们在第1年末开发的方法显示细胞的不均匀电镀和胶原蛋白的分层。我们重新设计了3D导管环境,以便灌注和更容易接种细胞。初步结果表明,当通过灌注去除毒素时,该模型具有更好的细胞铺板和细胞存活。在第3年(NCE),我们现在将研究这种微环境中细胞的生长。
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  河北敬业增材制造科技有限公司成立于2015年,总投资规模23.4亿元人民币,是全国500强企业---敬业集团的全资子公司,公司位于河北省石家庄市平山县南甸镇敬业集团工业园区,是一家集专业研发、生产、销售高端气雾化金属粉末、激光再制造、3D打印服务于一体的全流程增材制造公司。
  我公司现有EOS M290打印机8台,EOS M400-4 1台,Arcam 电子束粉末快速成形系统和铂力特S310各1台,其中EOS M400-4属国内先进设备,配备四个激光头,打印效率是E0S M290单激光头的3倍以上,具有成型精确、材料利用率高等优点;公司致力于为各制造领域客户提供金属3D打印整体解决方案,业务主要涉及到航空航天零部件、模具、医疗器械及骨科植入物、汽车制造,船舶制造等领域。