Progresos en las aplicaciones biomédicas de la tecnología de procesamiento con láser de femtosegundo en la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC)

El objetivo de la ingeniería de tejidos es construir tejidos y órganos con funciones fisiológicas para reparar enfermedades y defectos del cuerpo humano. En aplicaciones clínicas sólo se han utilizado productos de ingeniería de piel, cartílago y tejido óseo porque los tejidos construidos in vitro carecen de un sistema de suministro de sangre compatible. Los científicos han impreso con éxito corazones, hígados, pulmones, riñones y otros tejidos y órganos artificiales, pero la impresión de redes microvasculares artificiales, especialmente redes capilares (diámetro de tubo de 6 a 9 μm), siempre ha sido un problema difícil y un cuello de botella en la ingeniería de tejidos. .
Recientemente, el grupo del profesor asociado Jiawen Li en el Laboratorio de Micro y Nano Ingeniería de la Facultad de Ciencias de la Ingeniería de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) ha propuesto un método de procesamiento holográfico dinámico con láser de femtosegundo adecuado para la construcción eficiente de andamios capilares 3D para generando redes capilares 3D. El trabajo fue publicado como "Construcción rápida de redes capilares biomiméticas 3D con morfología compleja usando procesamiento holográfico dinámico". El trabajo fue publicado en Advanced Functional Materials bajo el título "Construcción rápida de redes capilares biomiméticas 3D con morfología compleja usando procesamiento holográfico dinámico" y fue Se seleccionó como artículo de portada de la revista y la tecnología relacionada fue autorizada mediante una patente.
La polimerización de dos fotones con láser de femtosegundo tiene una resolución de procesamiento a nanoescala y capacidad de fabricación tridimensional, pero la estrategia de procesamiento tradicional para imprimir redes microvasculares es ineficiente. Basado en el trabajo anterior, el grupo propone un método de modulación de fase local basado en el haz de Bessel en forma de anillo para generar un campo de luz con muescas en forma de anillo, y utiliza la luz del anillo con muescas que cambia rápidamente para exponer el interior del fotorresistente para realizar la eficiencia. procesamiento de redes de microtúbulos bifurcados de formas complejas y microtúbulos porosos biónicos, y la velocidad de procesamiento es más de 30 veces mayor que la del método de procesamiento tradicional punto por punto. El grupo utilizó la red de microtúbulos porosos como andamio para guiar a las células endoteliales a crecer contra la pared, logrando la construcción de redes microvasculares complejas con morfología definible, y este trabajo proporcionará una plataforma para trabajos de investigación en los campos de ingeniería de tejidos y detección de fármacos. y fisiología vascular. Bowen Song, estudiante de maestría, Shengying Fan, estudiante de doctorado, y Chaowei Wang, becario postdoctoral, son los coautores del artículo, y Jiawen Li es el autor correspondiente.
En los últimos años, el grupo de Li ha estado explorando activamente la aplicación de la tecnología de procesamiento con láser de femtosegundo en el campo biomédico y ha logrado avances en el método de preparación de micro-nano robots. Los micronanorobots muestran grandes perspectivas de aplicación en el campo biomédico. Para lograr la preparación de grandes volúmenes y el transporte controlable de microrobots en entornos complejos, el grupo propone un método de preparación eficiente de robots microhelicoidales sensibles al entorno basado en un campo de luz holográfico rotacionalmente dinámico, que puede procesar miles de microrobots de hidrogel. -robots helicoidales en 0.5h. El robot realiza la deformación adaptativa inteligente de su propia morfología bajo la regulación del pH, y luego se producen una variedad de modos de movimiento bajo el impulso del campo magnético, realizando el transporte de medicamentos en un punto fijo. Para resolver el problema del bajo contenido magnético de los robots microhelicoidales, la fuerza impulsora es pequeña y es difícil superar la influencia del caudal ambiental, el grupo propone un método de sinterización y formación de polimerización de dos fotones basado en el proceso Al preparar un microrobot helicoidal de níquel puro, el contenido magnético del robot helicoidal es de aproximadamente el 90% en peso, en el campo magnético giratorio de baja intensidad mejora el par magnético, la velocidad máxima de hasta 12,5 longitudes de cuerpo por segundo y puede impulsar el peso del objeto que el suyo propio 200 veces, y en el El par magnético se ve reforzado por un campo magnético giratorio de baja intensidad.
Además, el grupo de Jiawen Li exploró los efectos de las micronanoestructuras en el comportamiento de crecimiento neuronal basándose en el procesamiento de dos fotones con láser de femtosegundo. En colaboración con el Prof. Guo-Qiang Bi del Departamento de Ciencias de la Vida y Medicina y el Prof. Asociado Weiping Ding de la Escuela de Ciencia y Tecnología de la Información, prepararon conjuntos de micropilares estampados con diferentes espacios y alturas utilizando tecnología de dos fotones de femtosegundo. y descubrió que los axones neuronales tendían a crecer en micropilares isométricos y que podían guiar el crecimiento direccional de las neuronas y la formación de circuitos neuronales mediante la construcción de filas de micropilares. Inspirándose en la mielinización axonal, el grupo conjunto simuló la mielinización axonal diseñando y preparando estructuras de microtúbulos con diferentes diámetros, espesores de pared y longitudes, y descubrió que las estructuras de microtúbulos podían acelerar la tasa de crecimiento de los axones neuronales (más de 10 veces). Además, el grupo de unión pulveriza magnéticamente una fina película magnética de níquel y una fina película biocompatible de titanio sobre la superficie de los microtúbulos, que pueden utilizarse para la conexión precisa de neuronas bajo la manipulación de un campo magnético externo para formar una red específica. circuito neuronal biológico. Las micronanoestructuras son capaces de un crecimiento neuronal direccional y acelerado, lo que proporcionará métodos e ideas para la conexión direccional de grupos de nervios aislados, la construcción de redes neuronales y la reparación rápida del daño nervioso.