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3D列印小腸模型幫助康奈爾科學家研究腸道細菌

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2017

2017年12月21日17時 今日科學 3D打印頭條

3D打印頭條

近日,紐約康奈爾大學的生物學家3D列印了一個微觀的人造小腸。合成腸道可以幫助研究人員更好地了解細菌和人體免疫系統。

3D列印的小腸可能聽起來像是我們的3D列印萬聖節道具列表中的一個重要條目,這個令人難以置信的3D列印對象肯定會獲得大家的稱讚。

但康奈爾大學生物學家實際上正在使用它來研究人類免疫系統和細菌對腸道的影響。

研究人員使用AutoCAD Inventor、Stratasys Objet30 Pro 3D印表機和Stratasys VeroClear RGD810 3D列印材料,能夠製造出精確模擬人類腸道功能的合成「小腸」生物反應器。

研究人員說:「現實地模擬體內系統的體外人造小腸的發展將大大提高我們對人類腸道的理解及其對人體健康的影響。」

3D列印的微尺度小腸模擬人類腸道的表面形貌,以及上皮細胞需要生長、繁殖和功能的流體流動。據康奈爾生物學家介紹,以前的腸道模型未能準確地重現流體流動。

「腸道是我們大部分的免疫系統的所在地,也是我們所有營養物質被吸收的地方,所以作為一種人類或多細胞動物的重要器官,我們的腸道是我們與外部世界的互動的核心部分。」康奈爾大學生物與環境工程系教授、主任John March說。

新的3D列印腸道系統允許研究人員仔細檢查腸道中的流體流動,並且對3D列印腸道進行的研究表明,在模型中重建蠕動流動允許細胞像在活腸中一樣生長。

March補充說:「我們越了解我們的腸道如何工作,我們越能開發療法並獲得人類生物學進化的見解。」

3D列印模型的精確流動系統具有許多重要的優點。一方面,它鼓勵細胞沿著腸絨毛的尖端選擇性地死亡,這聽起來不好,但實際上確保太多的細胞不會在絨毛上。

巧妙的流體系統還允許研究人員研究腸道細菌群體的動態,一些細菌處理流程比其他細菌流動更好。

「我們期望<3D列印腸道>將用於研究人與腸道細菌之間的相互作用,」March說。「顯著的特徵是,該裝置提供類似於在腸中發現的流動來研究流體動力學對細菌定植的影響。此外,它可以用於更好地了解人類細胞如何在由食物和流體在腸道中移動的剪切力下生長和分化。」

3D列印腸道的研究證明對康奈爾大學的科學家來說是特別有用的,因為它使得它們能夠精確地控制細胞類型、營養物質和氣體交換。幸運的是,對於全球其他腸道愛好者來說,3月份,他的團隊對於3D列印模式將會公布,他們完全期望其他生物學家嘗試3D列印自己的腸道模型,以了解更多關於免疫系統的工作原理。

「3D列印的好處是,如果你可以畫出它,你可以做到這一點,」March補充說。

據悉,標題為「用於GI上皮細胞生理學的原位表征的微尺度生物反應器」的研究論文已經在Nature Journal Scientific Reports中發表。


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