3D打印定制胚胎培養皿為體外受精帶來新希望

研究人員正在使用3D打印技術制作專門的模具，用于制造有助于體外受精（IVF）過程中胚胎生長的特殊培養皿。這些被稱為“井中之井”（Well-Of-Well, WOW）的培養皿包含不同形狀的小井，能夠更好地支持胚胎發育，從而提高IVF成功的可能性。


△ 胚胎培養的選擇：(a) 在WOW培養皿中培養的胚胎；(b) 在標準IVF培養皿中培養的胚胎。

來自范德比爾特大學和田納西生育研究所的研究團隊利用B9Creations公司的3D打印機設計出了一種模具，能夠以更便宜且更快捷的方式制造出WOW培養皿。在對小鼠胚胎進行的試驗中，半球形井的培養皿比傳統IVF培養皿中的胚胎發育得更好。

IVF是一項精細的過程，人類的成功率仍低于33%。研究人員和醫生不斷尋找新的技術來改進胚胎培養階段，即在植入前在體外生長和培育胚胎的階段。在這個領域內，WOW培養系統是一種更有前景的創新，為在胚胎早期發育階段提供了一個全新的個體化環境。

傳統的胚胎培養皿通常使多個胚胎共享同一滴營養豐富的培養液，而WOW系統則為每個胚胎提供了一個單獨的“微井”。這些微井將胚胎分開，但仍能讓它們接觸到一個較大的“宏井”，其中含有共享的培養液和油。這種設置有助于胚胎在較少干擾的情況下獲得所需的營養。研究人員發現，微井的形狀和大小對胚胎的發育有著重要影響，而在WOW系統中定制微井形狀可能會進一步改善胚胎健康。


△ 制作WOW培養皿的過程。

在發表于《自然》雜志的論文中，研究團隊解釋了3D打印技術在創新中的關鍵作用，整體制作流程為：
● 使用B9Creations的數字光投影（DLP）3D打印機來制造模具；
● 向模具中倒入一種叫做聚二甲基硅氧烷（PDMS）的柔性材料；
● 當PDMS在3D打印模具中硬化后，將硬化件取出，取出的硬化件就是WOW插件，這些插件上有供胚胎使用的微小井或口袋；
● 將WOW插件安裝到常規的IVF培養皿中以完成整個裝置。


△ OCT 微井圖像的疊加包括 (a) 半球形微孔、(b) 大截錐形微井、(c) 金字塔形v和 (d) 小截錐形微井。

研究中的一項令人興奮的發現是微井的形狀對胚胎發育起著重要作用。研究人員測試了多種井形，包括半球形、金字塔形和截頭圓錐形的設計，并發現半球形微井中的胚胎顯示出最高質量的結果。半球形結構更接近胚胎的自然生長環境，從而給予胚胎更好的生存機會。這些結果通過觀察胚胎發育成為囊胚的程度來衡量，是預測成功妊娠幾率的重要階段。這一發現促進了更多關于優化微井設計以在人類IVF治療中取得更好效果的研究發展。


△ 半球形 (H)、錐體 (P) 和截錐形 (TC) 微井形狀的 WOW 培養皿中培養的胚胎的囊胚率與 IVF 培養皿中培養的胚胎的囊胚率 (I) 對比。

3D打印技術的靈活性使快速測試不同的微井形狀成為可能。傳統的WOW培養皿是通過諸如聚苯乙烯模塑注射的方法生產的，這種方式成本高昂且難以定制，因為每個模具都針對特定的形狀，很難改變或測試新設計。通過使用3D打印，研究人員可以快速且低成本地迭代設計，每個模具的打印成本僅為60美元，每個插件的成本僅需77美分。這種低成本的過程可以使WOW系統更容易被全球的生育診所接受。

研究人員不僅證明了WOW培養皿有效，還將其與傳統方法制成的培養皿進行了比較。研究顯示，帶有半球形微井的3D打印WOW培養皿在胚胎質量方面優于市場上可購買的替代品。此外，WOW系統的另一個突出特點是可重復使用。用于制造WOW插件的3D打印模具經過測試，研究人員發現它們可以在不損失質量的情況下多次重復使用。這降低了制作這些培養皿的成本，使得那些尋求經濟實惠選擇的生育診所更加青睞于此。

醫療應用一直是3D打印技術的主要應用領域之一。從定制植入物到手術工具，3D打印已經廣泛應用于各種醫療設備。現在，借助WOW系統，3D打印技術正進入IVF治療領域，再次證明了這項技術的價值。

來源：南極熊