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超高效的3D Biopleinter可以帮助加速药物开发

高吞吐量3D BioPlinting设置在标准的96孔板上执行打印。图像适应生物制裁

快速生产大批定制生物组织的3D打印机可以帮助更快地制作药物开发,更昂贵。加州大学圣地亚哥纳内工程开发了高通量生物监测技术,其中3D打印速度速度 - 它可以在30分钟内产生96孔的活性人体组织样品。研究人员表示,具有快速产生这种样品的能力可以加速高通量临床前药物筛查和疾病建模。

制药公司开发新药物的过程最多可能需要15年,其成本高达26亿美元。它通常始于筛选在试管中的成千上万的药物候选者。成功的候选人然后在动物中进行测试,任何通过此阶段的任何通行证都会转向临床试验。遇到任何运气,其中一位候选人将作为FDA批准的药物进入市场。

在UC San Diego开发的高吞吐量3D生物化技术可以加速这一过程的第一步。它将使药物开发人员能够迅速增加大量的人类组织,他们可以更早地测试和杂草毒品候选人。

“与人类组织,您可以获得更好的数据真实的人类数据 - 毒品如何工作,”UC San Diego Jacobs工程学院纳米工程教授陈传辰陈说。“我们的技术可以通过高通量能力,高再现性和高精度创造这些组织。这可以真正帮助制药行业快速识别和关注最有前途的药物。“

这项工作发表在杂志生物制作

研究人员注意到,虽然他们的技术可能无法消除动物测试,但它可以最大限度地减少在该阶段期间遇到的失败。

“What we are developing here are complex 3D cell culture systems that will more closely mimic actual human tissues, and that can hopefully improve the success rate of drug development,” said Shangting You, a postdoctoral researcher in Chen’s lab and co-first author of the study.

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高通量3D Biopreinter可以快速生产的几何形状的示例。

该技术不仅根据分辨率而竞争于其他3D BioPlint的方法 - 它用复杂的微观特征印刷栩栩如生的结构,例如含有血管网络的人肝癌组织 - 而且速度。用陈的技术印刷其中一个组织样品需要大约10秒;打印相同的样本将需要数小时的传统方法。此外,它还具有直接在工业井板中自动打印样品的增加的益处。这意味着在从打印平台到井板的时间不再需要将样品手动转移到井板以进行筛选。

“When you’re scaling this up to a 96-well plate, you’re talking about a world of difference in time savings—at least 96 hours using a traditional method plus sample transfer time, versus around 30 minutes total with our technology,” said Chen.

再现性是这项工作的另一个关键特征。陈氏技术生产的组织是高度有机结构的结构,因此它们可以容易地复制工业规模筛选。这是一种不同的方法,而不是对药物筛查的种植体,解释说。“通过有机体,您可以混合不同类型的细胞并让它们自组织以形成一个不受控制的3D结构,并且可以从一个实验到另一个实验不同。因此,它们对于相同的性质,结构和功能并不可再现。但是通过我们的3D Bioplint方法,我们可以准确地指定打印不同的小区类型,金额和微架构的位置。“

这个怎么运作

首先打印他们的组织样本计算机上的生物结构模型。这些设计甚至可以来自医疗扫描,因此它们可以为患者的组织个性化。然后将模型切成2D快照并将其传送到数百万微观尺寸的镜子。每个镜子在波长的波长上以数字控制到紫光-405纳米的项目模式,这对于这些快照的形式是安全的。光图案闪闪发光到含有活细胞培养物和在暴露于光线时固化的光敏聚合物的溶液上。该结构以连续的方式一次快速打印一层,形成3D固体聚合物支架包封将生长并成为生物组织的活细胞。

数字控制的微镜阵列是打印机高速的键。因为它将整个2D图案投射到基板上,因为它通过层打印层,所以它产生的3D结构比其他打印方法快得多,它使用喷嘴或激光扫描每个层线。

“一个类比将使用铅笔与邮票绘制形状之间的差异比较,”纳里宁博士亨利·汉岗说:陈的实验室的学生也是这项研究的联合第一作者。“用铅笔,你必须绘制每一条线,直到你完成形状。但是用邮票,你立刻标记整个形状。这就是数字微镜设备在我们的技术中所做的。这是速度差异差异的秩序。“

这项最近的工作在2013年发明的团队发明的3D BioPlint技术上建立了3D Bioplint技术。它开始作为创造生物组织进行再生医学的平台。过去的项目包括3D打印肝脏组织血管网络心脏组织脊髓植入物,命名几个。近年来,陈的实验室扩大了他们的技术打印珊瑚启发结构海洋科学家可以用于研究藻类生长和辅助珊瑚礁恢复项目。

现在,研究人员已经自动化了技术,以进行高通量组织印刷。Allegro 3D,Inc。,UC San Diego分拆公司,由Chen和Ananoengineing Ph.D创立。来自他的实验室的校友Wei Zhu,已授权该技术,最近推出了商业产品。

纸: ”高吞吐量直接3D BioPlinting在多孔板中。“共同作者包括Xuanyi Ma,Leilani Kwe,Grace Victorine,Natalie Lawrence,Xueyi Wan,海溪沉和魏朱。

该工作部分由国家健康机构(R01EB021857,R21AR074763,R21HD100132,R33HD090662)和国家科学基金会(1903933,1937653)的支持得到了支持。


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