盡管在世界各地的很多生物實驗室里正在進(jìn)行著一場關(guān)于使用3D打印技術(shù)制造可移植器官的競賽，但是他們中間的大多數(shù)團(tuán)隊都面臨著一個同樣的障礙：如何使用患者自身的細(xì)胞，或者加上某種聚合物形成具有微小而且具有生物相容性的血管，并使其具有運送氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)的能力？近日，由賴斯大學(xué)和賓夕法尼亞大學(xué)的科學(xué)家組成的一支生物工程團(tuán)隊可能已經(jīng)找到了解決方案。正如他們在最近的一份論文中介紹的那樣，該團(tuán)隊使用糖玻璃和硅膠創(chuàng)建了一種基本的血管系統(tǒng)有可能導(dǎo)致3D打印可移植器官和組織的研究突破瓶頸。

據(jù)了解，這項非常有前途的研究是由賓夕法尼亞大學(xué)水稻生物工程副教授兼外科副教授Jordan Miller領(lǐng)導(dǎo)的。其他參與研究的人員包括Renganaden Sooppan、Jason Han、Patrick Dinh、Ann Gaffey、Chantel Venkataraman、Alen Trubelja、George Hung和Pavan Atluri（賓夕法尼亞）。根據(jù)該研究團(tuán)隊發(fā)表在《Tissue Engineering Part C: Methods》雜志上的一份報告稱，他們能夠創(chuàng)造出一種原生的血管系統(tǒng)，當(dāng)該系統(tǒng)被連到某個小動物的模型上時，血液能夠很自然地流過。

從根本上說，這就為3D打印器官所面臨的最大障礙——如何確保血液到達(dá)植入的人工器官或組織中的每一個角落和縫隙——找到了解決方案。據(jù)Miller教授解釋說，組織工程專家通常要依靠病人自己的身體長出血管并且進(jìn)入人工組織的支架里，這個過程可能需要幾個星期，并且不會與在體外制造的人工器官兼容——這些器官會在血管長到它們那里之前就已經(jīng)缺氧而死。

“我們有一種理論，也許我們不應(yīng)該等待。我們想知道是否有一種方法來植入3D打印的結(jié)構(gòu)，然后我們可以將宿主動脈與該結(jié)構(gòu)直接連接并立即獲得灌注。在此項研究中，我們正在邁出第一步，也就是將一種類似的移植手術(shù)用于我們在實驗室里獲得的3D打印結(jié)構(gòu)。”Miller解釋道。

但問題是組織里的血管非常多。而且它還需要這些人造血管的入口和出口要足夠小，從而能夠直接連接現(xiàn)有的動脈和靜脈。為此，使用Miller在2012年最先發(fā)明的一種技術(shù)，生物工程研究生Samantha Paulsen和研究技術(shù)員Anderson Ta開發(fā)出了一個有趣的概念驗證，其中的靈感來自于由糕點師制作的糖玻璃籠子。通過逐層3D打印糖玻璃，他們創(chuàng)造了一種格子狀的血管。當(dāng)硬化之后，他們將其用作硅膠的模具。在硅膠固化之后，留下了一個橡皮熊那么大的小型渠道網(wǎng)絡(luò)。“盡管看上去還不像器官中的血管，但是它們的確具有一些與器官移植相關(guān)的一些關(guān)鍵特性。我們創(chuàng)建了一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)有一個入口和一個出口，其直徑約為1毫米，而且這些主要的血管分支出更多較小的血管，其直徑都是600 到800微米。”Miller解釋道。

重要的是，這個帶入口/出口的創(chuàng)造物（概念驗證）使得他們能夠進(jìn)行用來測試模型，這些模型是研究團(tuán)隊在賓夕法尼亞州的外科醫(yī)生的幫助幫助下制作的。他們將這種小尺寸的“人造血管網(wǎng)絡(luò)”連接到動物模型的動脈上，發(fā)現(xiàn)它們可以通過這套渠道泵血液。使用多普勒成像技術(shù)，他們得以觀察到這套系統(tǒng)甚至能經(jīng)受得住血液產(chǎn)生的生理性壓力，完美、通暢地流動了高達(dá)3個小時。

雖然這一研究成果尚不能直接用于醫(yī)療應(yīng)用中，但Miller教授認(rèn)為這絕對是這一特定生物工程領(lǐng)域的一項突破。“這項研究朝著開發(fā)一個組織工程移植模型邁出了第一步，外科醫(yī)生從而可以直接將動脈與人工組織相連接。將來我們的目標(biāo)是利用可生物降解的材料（包括活細(xì)胞）來替代這些可灌注的血管，以用于直接一直和長期監(jiān)測。”他說。