北卡罗来纳州立大学的研究人员开发出一种技术，通过在生物制造过程中使用超声波来对准活细胞来改善工程组织的特征。
“我们已经达到了能够通过印刷活细胞来创造医疗产品(如膝盖植入物)的程度，”Rohan Shirwaiker说道，他是该工作论文的通讯作者，也是北卡罗来纳州立大学Edward p. Fitts的副教授。工业与系统工程系。“但是，一个挑战是组织正在印刷的细胞，以便工程组织更接近地模仿天然组织。
“我们现在开发了一种技术，称为超声波辅助生物制造(UAB)，它允许我们在生物打印过程中将细胞对准三维矩阵。这使我们可以创建膝关节半月板，例如，更多类似于患者的原始半月板。到目前为止，我们已经能够将细胞与一系列工程化的肌肉骨骼组织对齐。“
为了对准细胞，研究人员建造了一个超声波腔室，允许超声波穿过生物打印机打印活细胞的区域。这些超声波在一个方向上传播，然后被反射回它们的光源，产生“驻波超声波”。声波有效地将细胞放入行中，这些行与超声波和反射波彼此交叉的区域对齐。
“我们可以通过控制超声波的参数来控制细胞的对准特性，例如频率和振幅，”Shirwaiker说。为了证明UAB技术的可行性，研究人员创造了一个膝关节半月板，细胞在半月弧中排列 - 就像它们在自然半月板中一样。
“我们能够控制细胞在整个组织中逐层打印时的排列，”Shirwaiker说。“我们还展示了以对其他整形外科软组织(如韧带和肌腱)特别重要的方式排列细胞的能力。”研究人员还发现超声参数的某些组合导致细胞死亡。
“这很重要，因为它让我们清楚地了解了我们可以采取哪些措施来改善组织性能以及我们需要避免什么来保护活细胞，”Shirwaiker说。为此，研究人员创建了计算模型，允许用户在开始生物制造过程之前预测任何给定参数集的性能。
UAB技术的另一个好处是它相对便宜。
“设置超声设备需要一次性成本 - 可以使用现成的技术”Shirwaiker说。“之后，超声波元件的运行成本可以忽略不计。而且UAB技术可以与大多数现有的生物打印技术结合使用。“我们正在申请UAB技术，目前正在寻找行业合作伙伴来帮助我们探索商业化，”Shirwaiker说。