玩具還是未來？科研人員利用樂高開發(fā)可打印人體皮膚的生物3D打印機(jī)

2023年7月4日，南極熊獲悉，英國卡迪夫大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種完全由樂高積木制成的生物3D打印機(jī)。

△卡迪夫大學(xué)使用樂高積木開發(fā)的3D生物打印機(jī)

該項(xiàng)目由卡迪夫藥學(xué)和制藥科學(xué)學(xué)院的Christopher Thomas博士、Oliver Castell博士和Sion Coulman博士領(lǐng)導(dǎo)，旨在使3D生物打印變得更加經(jīng)濟(jì)實(shí)惠和易于獲取。

使用生物墨水，樂高生物打印機(jī)能夠精確地3D打印高分辨率的細(xì)胞層，以模擬人體組織的結(jié)構(gòu)。目前，卡迪夫大學(xué)正在使用樂高生物打印機(jī)進(jìn)行3D打印皮膚細(xì)胞層，并致力于創(chuàng)建全尺寸的皮膚模型。

△（從左到右）Oliver Castell博士、Christopher Thomas、Sion Coulman博士

此外，樂高生物打印機(jī)還可用于將患病細(xì)胞添加到健康皮膚模型中。這使科學(xué)家能夠評(píng)估皮膚病的發(fā)展以及健康細(xì)胞與患病細(xì)胞之間的相互作用。模擬皮膚病的進(jìn)展最終有助于研究人員開發(fā)潛在的治療方法。

該項(xiàng)目主要由英國皮膚基金會(huì)博士生獎(jiǎng)學(xué)金資助。英國皮膚基金會(huì)首席執(zhí)行官M(fèi)atthew Patey評(píng)論道：“我們很高興看到英國皮膚基金會(huì)的資助使得這項(xiàng)新穎的研究取得了如此出色的成果。我們期待看到如何利用這項(xiàng)研究來推動(dòng)生物醫(yī)學(xué)研究的未來。”

△樂高3D打印機(jī)噴嘴，將充滿細(xì)胞的凝膠狀生物墨水噴射到培養(yǎng)皿上

開發(fā)功能性樂高3D生物打印機(jī)

由工程師和生物學(xué)家組成的多學(xué)科團(tuán)隊(duì)合作設(shè)計(jì)、工程、建造和編程生物打印機(jī)。該團(tuán)隊(duì)利用標(biāo)準(zhǔn)樂高積木、樂高機(jī)械子品牌Lego Mindstorms的零件以及實(shí)驗(yàn)室泵的組合來構(gòu)建生物打印機(jī)。

雖然樂高已經(jīng)被用于構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)的3D打印機(jī)，但3D生物打印機(jī)需要更高水平的精度、可靠性和穩(wěn)定性，才能在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中發(fā)揮作用。卡迪夫大學(xué)團(tuán)隊(duì)聲稱，他們的樂高3D生物打印機(jī)已經(jīng)達(dá)到了能夠精確打印生物材料所需的水平，盡管仍處于起步階段。

為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，噴嘴首先將充滿細(xì)胞的凝膠狀生物墨水噴射到培養(yǎng)皿上。迷你樂高M(jìn)indstorm計(jì)算機(jī)控制著3D打印機(jī)的運(yùn)動(dòng)。在擠出過程中，該裝置通過沿X軸和Y軸移動(dòng)平臺(tái)，同時(shí)沿Z軸移動(dòng)噴嘴，來形成可編程運(yùn)動(dòng)，從而構(gòu)建細(xì)胞層以復(fù)制人體組織的3D結(jié)構(gòu)。

△該款生物3D打印機(jī)看起來非常具有創(chuàng)意

方便且經(jīng)濟(jì)的3D生物打印機(jī)

該團(tuán)隊(duì)表示，樂高具有實(shí)惠的價(jià)格，并且具備高制造精度和公差要求。該團(tuán)隊(duì)使用樂高積木僅需500英鎊（約為4581元人民幣）即可制造出3D生物打印機(jī)。與市售生物打印裝置的成本高達(dá)數(shù)萬英鎊相比，這意味著能夠大大節(jié)省成本。

△該研究成果已公開，題目為“低成本樂高3D生物打印機(jī)的開發(fā)和評(píng)估：從構(gòu)建模塊到生命構(gòu)建模塊”（傳送門）

該團(tuán)隊(duì)發(fā)布了一份免費(fèi)的藍(lán)圖，概述了如何重建3D生物打印機(jī)。他們希望更多實(shí)驗(yàn)室能夠使用這些說明來制造他們自己的樂高生物打印機(jī)，從而將生物打印的能力擴(kuò)展到研究人員手中，否則他們無法負(fù)擔(dān)此類技術(shù)的費(fèi)用。

Thomas博士解釋道：“在研究合作變得前所未有的重要，且研究經(jīng)費(fèi)如此緊張的情況下，我們很自豪能夠分享一個(gè)開源、易于使用且價(jià)格實(shí)惠的替代品，以替代大多數(shù)研究人員超出預(yù)算的急需設(shè)備?！?br />
該團(tuán)隊(duì)最終希望他們的樂高生物打印機(jī)能夠幫助研究人員進(jìn)行突破性的研究，因?yàn)檫@將有助于更好地理解生物學(xué)并進(jìn)一步改善人類健康。

總的來說，卡迪夫大學(xué)團(tuán)隊(duì)的樂高3D生物打印機(jī)代表了玩具與未來的完美融合。這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)的應(yīng)用潛力令人興奮，它將為生物醫(yī)學(xué)研究和人類健康的改善帶來革命性的影響。無論是作為一種實(shí)用工具還是一種創(chuàng)新思維的象征。