通过人工智能辅助的生物模拟肌结的3D打印

科学领域:

• 生物材料工程 生物材料工程
• 组织工程是组织工程.
• 再生医学是一种再生医学.
• 3D打印技术的发展

背景情况:

• 肌关节 (MTJ) 对于肌肉和肌之间的力传递至关重要.
• 由于复杂的微型架构和机械异质性,工程功能MTJs在体外具有挑战性.
• 现有的方法很难复制本地MTJs复杂的,区域不同的特性.

研究的目的:

• 开发一个3D打印的脚手架系统,模仿本地MTJ的微型架构和机械异质性.
• 为了研究区域硬度变化的影响细胞的表型在一个3D打印的MTJ模型.
• 建立一个创新的平台,用于创造生理学上相关的体外肌接口.

主要方法:

• 采用基于数字光处理 (DLP) 的3D打印,使用聚糖脂酸烯酸盐 (PGSA) 制造支架.
• 通过调整DLP曝光时间和光强度来调整局部机械性能,由人工智能算法指导.
• 我们比较了三个支架条件:均硬度,双区域硬度 (肌肉/肌) 和三区域硬度 (肌肉/MTJ/肌).

主要成果:

• 成功制造了具有受控的PGSA支架,区域性变化的刚度模仿本地MTJ属性.
• 脚手架有三个不同的刚性区域 (肌肉,MTJ,肌) 显著增强了MTJ相关标记物的表达.
• 这种增强的表达表明,与均或双区域支架相比,异质支架中的细胞表型和功能得到了改善.

结论:

• 基于DLP的3D打印提供了一种可行的方法,用于创建复杂的,仿生MTJ支架,具有工程机械异质性.
• 区域度与原生MTJ特性相匹配,对于促进适当的细胞分化和in vitro功能至关重要.
• 开发的平台和生物材料系统代表了工程功能肌接口的重大进步.