【客户焦点】3D生物打印水凝胶模型：革新听力评估技术

构建通向更佳听力的桥梁

利用3D生物打印水凝胶模型推动人工耳蜗评估

Ulises A. Aregueta Robles 博士及其团队，与其他许多人一样，已经注意到使用动物模型存在一些主要缺点：动物内部差异、研究周期长以及将结果外推到人体组织反应的困难。为了克服这些问题，并提供替代方案用于神经调节装置测试，该团队已开始开发体外人体组织模型。在这个过程中，他们创建了一个人类鼓室模型，可用于测试人工耳蜗。让我们一起跟随他们的团队，踏上这段奇妙的研究之旅。

01. 成为水凝胶魔术师——探索神经接口的转变

我们将重点放在 Ulises A. Aregueta Robles 博士身上，他是新南威尔士大学生物医学工程研究生院中一位颇有成就的早期职业研究员。Aregueta Robles 博士长期以来一直在探索水凝胶技术的边界，致力于在诊断领域推动发展，并创造出能够提高仿生植入物（例如人工耳蜗）性能的新型医疗设备。他的大部分工作围绕设计水凝胶以更好地促进组织再生展开。这包括调整其特性以适应所需组织的需求，并增强其生物相容性。通过这种方式，Aregueta Robles 博士有望在神经工程领域做出重大贡献。

02. 人工耳蜗改进与减少动物测试

由于动物权利问题、复制人体组织反应的准确性，以及动物的可用性天然有限，来自法律组织（例如FDA）、普通民众和研究人员的巨大压力要求尽量减少动物试验的使用。在当前的研究中，即使是临床前研究，考虑动物模型与体外模型都至关重要。当Aregueta Robles博士及其团队开始工作时，他们意识到想要使用体外人体组织模型来复制内耳。但是，这并非易事。事实证明，传统的水凝胶制造方法无法满足复制内耳复杂结构和特定形态的要求。这促使Aregueta Robles博士开始探索3D生物打印技术。该团队利用3D生物打印和CAD软件开发了一个内耳模型，有望用于人工耳蜗的测试。通过使用3D打印技术，他们制作了一个可扩展且可重复的模型，有可能促进大规模测试，并对各种变量进行全面评估。这为创造动物测试的有价值替代方案铺平了道路。

图 1 (A) 展示了人类鼓室的3D模型，通常用于放置人工耳蜗以进行有效刺激。(B) Scala鼓室模型使用LUMEN X+打印，采用内部定制的甲基丙烯酸酯聚（乙烯醇）(PVA-MA)墨水进行3D打印。(C) 显示了移除容纳人类耳蜗电极阵列的光吸收器后的模型。(D) 成纤维细胞(L929)在与甲基丙烯酸明胶共聚的PVA-MA水凝胶中生长，然后将其模铸到通过3D打印鼓室模型创建的硅胶模板上，详见[1]。图像转载自[1]，经作者许可。

03. 走向先进植入技术的道路

Aregueta Robles 博士和他的团队在研究论文《在体外培养人类规模的类似鼓阶的细胞结构》中为该领域的进步开辟了新的途径。在这项研究中，研究小组成功打印了模拟鼓阶形态的人体规模结构，这些结构通常用于植入耳蜗电极。同时，他们还保持了水凝胶对细胞粘附的支持。这些结构还具有容纳人工耳蜗的功能，可用于未来的设备测试。

通过提出用于评估植入物性能影响的综合模型，这项研究有助于推动该领域的发展。与仿生植入物相关的挑战，如阻抗增加和材料退化，都得到了积极解决。

"在进行动物模型或临床验证之前，了解实验室中生物学、材料、电气性能和制造工艺之间的相互作用是不可缺少的。”

– Dr. Aregueta Robles

虽然该研究论文的重点是人工耳蜗，但文章中的模型作为体外模型，能够评估各种设备的功能，包括植入物、神经刺激器、大脑刺激设备以及涉及电极放置以恢复神经运动的其他技术。

04. 合作之力 ——塑造影响力

Dr. Aregueta Robles 认为，他与知名大学的合作对其团队论文的成功起了重要作用。

通过利用合作者的专业知识和指导，他们已经能够开发出与预期生物学结果紧密结合的模型。这反过来又提高了研究的准确性和相关性。

摆脱传统的临床前测试方法（使用小鼠内耳的小尺寸），并开发出体外人体规模的类似鼓阶的模型，使得在植入之前对神经调节装置进行全面的电极测试成为可能。

如果没有专家的帮助，即那些了解所需结构特征的专业人士，创建仿生体外组织将会变得更加困难。

待续: 指引前行的灯光

Aregueta Robles 博士在组织工程中优先考虑的关键标准之一是精度，特别是在表面分辨率方面。将细胞整合到人造结构中时，光滑且结构精确的表面至关重要，因为细胞的行为会受到表面质量的影响。另一个考虑因素是解决方案通过具有印刷结构的通道的能力。

在研究3D生物打印方法时，LUMEN X 以其出色的分辨率吸引了人们的注意，成为一个极具吸引力的解决方案。意识到这正是他们所需要的，他们决定尝试一下。

“LUMEN X 易于操作 - 

特别是其直观的界面和用户友好的特性。”

铺平通往人类生物学复制和可及性的道路

展望未来，Aregueta Robles 博士预计他的研究之旅将取得进一步进展，重点是持续发展组织模型。他的Z终目标是创建能够准确代表人类生物学的组织模型，同时保持对研究人员和有兴趣利用它们的个人易于访问和制作的能力。这些模型可以轻松适应各种实验室和工业环境，即使对于不熟悉具体研究的人也是如此。然而，仍需要进行广泛的研究来完善和增强这些组织模型。

借助 LUMEN X 的强大功能，Aregueta Robles 博士实现了其团队所需的精度和分辨率，将研究推向了新的高度。随着他继续前行，他的工作影响着未来医疗保健，通过创新的工程解决方案得到增强。

“通过创新研究和技术进步，我们可以重塑神经工程的未来，并改变神经疾病患者的生活。”

出版物

[1] Aregueta Robles UA, Bartlett-Tomasetig F, Poole-Warren LA. Growing human-scale scala tympani-like in vitro cell constructs. Biofabrication. 2023 May 9;15(3). doi: 10.1088/1758-5090/accfc0. PMID: 37094574.

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