近日，由美國(guó)萊斯大學(xué)的生物工程師Jordan Miller和華盛頓大學(xué)的Kelly Stevens領(lǐng)導(dǎo)的研究小組通過(guò)突破性的生物3D打印組織技術(shù)，攻克該技術(shù)的一個(gè)主要障礙。這項(xiàng)新的創(chuàng)新技術(shù)使科學(xué)家能夠創(chuàng)造出精美纏繞的血管網(wǎng)絡(luò)，模仿人體對(duì)血液，空氣，淋巴液和其他重要液體的自然通道。該研究發(fā)表在《Science》雜志封面上。
3D打印的瓶頸
在美國(guó)有超過(guò)10萬(wàn)人等待著器官捐獻(xiàn)移植，移植功能性器官是一些患者生存下去的唯一希望?？杉幢闶怯行移ヅ涞狡鞴?，接受捐贈(zèng)器官的人依舊面臨著終身服用免疫抑制劑藥物以防止出現(xiàn)器官排異反應(yīng)的窘境。理論上，生物打印可以從患者自己的細(xì)胞中打印代替器官以避免出現(xiàn)排異反應(yīng)。
但是理想很豐滿，現(xiàn)實(shí)很骨感。賴斯布朗工程學(xué)院生物工程助理教授Miller說(shuō)：“生產(chǎn)功能性組織替代品的障礙之一就是我們無(wú)法打印出復(fù)雜的血管系統(tǒng)，而這些血管系統(tǒng)可以為密集的組織提供營(yíng)養(yǎng)。此外，我們的器官實(shí)際上包含獨(dú)立的血管網(wǎng)絡(luò)，比如肺部的呼吸道和血管，或者肝 臟的膽管和血管。這些相互滲透的網(wǎng)絡(luò)在物理和生物化學(xué)上相互糾纏，結(jié)構(gòu)本身與組織功能密切相關(guān)。”
華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物工程學(xué)助理教授Kelly Stevens表示，多血管化是很重要的，因?yàn)樾问胶凸δ芡敲芮邢嚓P(guān)的。
如果能打印出看起來(lái)甚至呼吸起來(lái)更像我們身體健康組織的組織，那么它們的功能是否也會(huì)更像那些組織?
這是一個(gè)重要的問(wèn)題，因?yàn)樯餂_洗組織功能的好壞將會(huì)影響它作為一種治療方法的成功程度。
讓打印的器官“活”起來(lái)
為了解決這一難題，該團(tuán)隊(duì)發(fā)明了一種新的開(kāi)源生物打印技術(shù)，名為“組織工程立體光刻儀”，簡(jiǎn)稱SLATE。研究人員使用一種液體的水凝膠溶液按藍(lán)圖進(jìn)行打印，一次生產(chǎn)一層軟水凝膠，并通過(guò)特殊的藍(lán)光將其逐層固化。
Miller和其研究生在3D打印器官的過(guò)程中添加了吸收藍(lán)光的食用染料。這些光吸收劑將凝固限制在非常精細(xì)的層中。通過(guò)這種方式，該系統(tǒng)可以在幾分鐘內(nèi)生產(chǎn)出具有復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的柔軟生物相容性凝膠（分辨率達(dá)10-50微米）。
在之后的測(cè)試中，研究人員發(fā)現(xiàn)，打印出的組織足夠堅(jiān)固，可以避免在血液流動(dòng)和脈動(dòng)“呼吸”過(guò)程中破裂。脈動(dòng)“呼吸”是一種有節(jié)奏的吸氣和呼氣，模擬了人類呼吸的壓力和頻率。測(cè)試發(fā)現(xiàn)，當(dāng)紅細(xì)胞流經(jīng)“呼吸”氣囊周圍的血管網(wǎng)絡(luò)時(shí)，它們可以吸收氧氣。這種氧的運(yùn)動(dòng)類似于肺泡氣囊中的氣體交換。
此外，該研究將含有肝細(xì)胞的生物打印構(gòu)建體植入小鼠體內(nèi)。研究發(fā)現(xiàn)，3D打印的肝細(xì)胞在植入患有慢性肝損傷的小鼠后依舊存活。Stevens表示：“肝 臟特別有趣，因?yàn)樗哂辛钊穗y以置信的500種功能，可能僅次于大腦。肝 臟的復(fù)雜性意味著目前沒(méi)有任何機(jī)器或療法可以取代其所有功能。生物打印的人體器官有朝一日可能會(huì)提供這種可能性。”
Miller表示，他的實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)在使用新的設(shè)計(jì)和生物打印技術(shù)來(lái)探索更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。他說(shuō)， “我們對(duì)人體結(jié)構(gòu)的探索才剛剛開(kāi)始，還有很多東西需要學(xué)習(xí)。我們預(yù)計(jì)，生物打印技術(shù)將在未來(lái)20年內(nèi)成為醫(yī)學(xué)的一個(gè)重要組成部分。”
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