3D打印——匹茲堡大學使用3D打印技術研究乳腺癌前病變
發布時間：
2023-01-11 12:49
匹茲堡大學的Adrian V. Lee為美國陸軍醫學研究和裝備司令部編寫了一份關于3D打印醫學模型和乳腺癌的研究，他的研究結果在國防技術信息中心出版的“A生物3D打印的癌前病學研究模型”中進行了概述。假設體外生物3D打印的癌前期乳腺細胞模型可以幫助識別低風險惡變前疾病的標記物，致力于3D打印乳腺癌的研究，據中國3D打印網了解，研究小組最終由以下專家組成：
1、外科腫瘤科醫生
2、乳腺生物學家
3、生物醫學工程師
4、癌癥生物學家
專家門為研究的每一年指定了目標：
第1年 - 量化乳腺發育并發現菌株依賴性差異。
第2年 - 繼續描述乳腺的發育特征。
第3年 - 研究體外乳腺細胞的生長模式。
遺傳背景影響整個乳腺導管幾何形狀。從E-鈣粘蛋白染色的乳腺整體支架制備三維重建。在出生后第17天從11種不同近交品系的雌性中收集組織。顯示的是(A)總管道長度，(B)平均管道長度，(C)總分支計數，(D)分支密度，(E)導管直徑，(F)曲率，(G)分叉角度和(H)二面角。每個框表示3至7只動物的數據。統計顯著性設定為a = 0.05。箱子按應變中位數排序。具有相似上標的框與Tukey的HSD相似(P> 0.05)。
小鼠在研究中也被廣泛使用，其年齡對應于人類青春期的發病，并且乳腺尚未受到發情的影響。通過育種配對，研究人員能夠使用乳房組織進行3D成像，然后將其送到匹茲堡大學進行3D打印。“這項工作代表了不同遺傳背景的近交小鼠品系中導管結構和模式的第一次3D打印比較。”Lee表示， “該研究的假設是導管模式，以及在產后早期發育過程中刻板分支行為的實施因遺傳背景而異。”
研究小組注意到：
總管道長度
平均管道長度
總分支數
分支密度
導管段直徑
曲率
隨著工作的進展，研究人員開始直接用1型膠原蛋白和其他ECM蛋白水凝膠進行生物打印：
“我們開發的乳腺導管模型代表了使用具有多種ECM和水凝膠成分的生物打印機產生的世界第一級復雜性。”在下一階段，研究人員使用祖細胞來3D打印乳腺導管結構。除此之外，他們還完成了對祖細胞的進一步成像和評估。在接種和培養一周的構建體中，膠原的分層是一致的。左側顯示的構建體用MCF7細胞培養，左側的構建體用MCF10a細胞培養。在所有構建體中，在膠原蛋白的頂部邊緣周圍可見細胞間隙，表明膠原蛋白原本在那里但在細胞的作用下被拉開。否則，我們期望在頂側藻酸鹽的所有區域上看到細胞散布在邊緣的邊緣周圍。比例尺為1毫米。
他們注意到模型中的結構丟失，因為細胞開始不利地影響膠原蛋白，因此發生了挑戰。所有生物打印結構都經歷了分層，無論它們具有何種類型的細胞基礎。增長被打斷，整體表征被“抑制”。他們重新設計了結構，以便在整體研究中實現更好的增長和質量。這種新系統完全以I型膠原蛋白印刷，內徑為1.4 mm，與普通乳房相匹配。該團隊現已成功打印了超過25個生物打印模型。
重新設計的乳腺導管結構顯示簡化的管設計和灌注驗證。 (A)構造的示意圖。 (B和C)使用FRESH 3D生物打印方法完全由I型膠原印刷的構建體的照片。 (D)灌注研究使用我們的生物反應器平臺通過管腔灌注各種分子量的熒光葡聚糖并跟蹤通過管壁的擴散。 (E)(D)中灌注和滲透性研究的定量，顯示預期通過壁的擴散取決于分子量，但也沒有大的缺陷。
研究人員總結到：在第1年，我們遇到了一些小的困難，例如某些小鼠品系的繁殖力降低，但我們在第2年繼續這些研究并完成了如上所述的乳腺導管發育研究。在第2年，我們不得不改變3D導管微環境的設計，因為我們在第1年末開發的方法顯示細胞的不均勻電鍍和膠原蛋白的分層。我們重新設計了3D導管環境，以便灌注和更容易接種細胞。初步結果表明，當通過灌注去除毒素時，該模型具有更好的細胞鋪板和細胞存活。在第3年(NCE)，我們現在將研究這種微環境中細胞的生長。
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