佛罗里达大学机械和航空航天工程系副教授Thomas E. Angelini博士和他的研究团队软物质工程实验室成功制造了胶质母细胞瘤细胞的活微束(ECM)和嵌入填充的微凝胶支持介质中的细胞外物质。然后，他们描述了梁的物理特性，并将结果与传统的机械工程模型进行了比较。令他们惊讶的是，这些微观而精致的结构类似于日常建筑施工中使用的巨大横梁。

“我们非常高兴和兴奋地看到我们的微型梁，它的直径只有50到200微米，符合大型钢梁等其他模型的力学原理，”S. Tori Ellison说。埃里森拥有机械和航空航天工程博士学位。Angelini博士指导的学生，是这项研究发表的论文的第一作者。

为了系统地测试控制细胞-ECM微束机制的变量，研究人员改变了细胞密度、ECM浓度、微束直径和周围介质的材料特性。他们发现了一系列细胞驱动的行为，包括束屈曲、断裂和轴向收缩。通过修改经典力学理论，他们发现了组织微束力学的基本原理，可以扩展到细胞类型、ECM和生物打印支撑材料。

“这些基本原理可以扩展到其他形状，如板和管，以实现组织工程中机械设计的面向组件的未来生物制造，其中稳定性和不稳定性被纳入组织成熟过程，”第一作者之一卡梅伦莫利(Cameron Morley)说。更多的是安吉利尼博士指导下的机械与航空航天工程博士生。

他们的突破性发现对再生医学和组织工程应用中的三维生物制造策略和动态多细胞组件的设计具有重要意义，并发表在7月出版的《自然通讯》上。3D打印机用于组装活细胞组织。图片来源：赫伯特韦特海姆工程学院

这项研究的结果将用于一个令人兴奋的新项目。Angelini博士和他的软材料工程团队刚刚起步，这涉及到药物开发和应用的高级3d肝脏组织模型的开发。“BioFabUSA是一个由国防部资助的美国制造研究所，由再生制造高级研究所(ARMI)运营，并为该项目提供资金。”

根据项目建议书，目标是开发可用于商业药物开发和应用的微结构。本研究的目的是生产具有确定尺寸和细胞组成的肝微组织，其在计量、细胞功能和细胞对药物和测试化合物的敏感性方面具有高水平的再现性。该提案概述了三个组成部分：

新的生物制造和三维培养系统通过介质交换或传输，促进多组分快速、精确和高分辨率的三维生物打印、微结构监测和分析以及微结构维护；将肝细胞和细胞外物质的组合三维打印成许多不同的微结构，并监测它们的响应标准；以及先进的自动化和工程解决方案。

这个项目将是用友和行业伙伴的紧密合作。该项目的研究人员设想，他们的研究成果将产生新产品，包括包装微结构，可用于在高级药物开发和测试中模拟药物化合物的人体肝脏毒性。《自然通讯》论文合著者，关于3D打印细胞微束的力学特性，Cameron Worley(左)和S. Tori Ellison(右)图片来源：Herbert Wertheim工程学院。

该项目还将在下一阶段的研究中为不同类型的组织生产生物制造小型制剂所需的仪器、技术和分析。安吉利尼博士总结了他的团队的工作。“我们的实验室致力于证明我们的生物制造三维培养系统的良好基础，使我们成为一个可靠的合作伙伴，在这一突破性的努力中提供有效的药物和治疗，以更安全、更快速和更便宜的方式推向市场。”

“工程研究人员越来越直接地参与临床翻译研究，这可能对人和人都有实实在在的好处。安吉利尼博士和他的学生正在做的是一个新工程师的模型，他们将改变未来的社会，”博士总结道。赫伯特韦特海姆工程学院副研究员。