近日，加州大學(xué)圣地亞哥分校的研究人員使用生物3D打印機(jī)來(lái)開發(fā)功能性血管網(wǎng)絡(luò)。據(jù)研究人員說(shuō)，他們的工作可以推進(jìn)人工器官和再生療法的發(fā)展。
生物醫(yī)學(xué)界的大多數(shù)專家一致認(rèn)為，生物3D打印有一天對(duì)創(chuàng)造人工人體器官有巨大希望，降低對(duì)人類捐助者的依賴，并潛在地拯救數(shù)百萬(wàn)人類的生命。然而，如果這種潛在的前景成為現(xiàn)實(shí)，研究人員面臨的最大障礙之一是創(chuàng)建有功能的脈管系統(tǒng)，允許血液在器官部分流動(dòng)。
“幾乎所有的組織和器官都需要血管才能生存和正常工作，這是制造器官移植的一個(gè)巨大瓶頸，它是高需求但短缺的供應(yīng)，”加利福尼亞州圣地亞哥納米材料、生物打印和組織工程實(shí)驗(yàn)室納領(lǐng)導(dǎo)者陳紹晨（音譯）教授說(shuō)。“生物3D打印機(jī)可以幫助彌補(bǔ)這一差距，我們的實(shí)驗(yàn)室朝著這一目標(biāo)邁出了一大步。”
Chen先生談到的大步驟包括：他的實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)設(shè)法3D打印血管網(wǎng)絡(luò)，可以安全地與身體的自身網(wǎng)絡(luò)集成，并循環(huán)血液。該研究結(jié)果已經(jīng)發(fā)表在Biomaterials的雜志上，Chen和他的團(tuán)隊(duì)展示了他們?nèi)绾问褂米灾频?D打印機(jī)開發(fā)出一種新的生物打印技術(shù)，可以快速使3D微結(jié)構(gòu)模擬生物組織。在過(guò)去，這種生物3D打印方法已被用于創(chuàng)建肝組織等對(duì)象。
在正統(tǒng)的3D打印技術(shù)中，Chen的生物3D打印方法最類似于立體成像或DLP 3D打印，因?yàn)樗褂霉鈦?lái)固化光敏物質(zhì)。然而，其打印材料不使用樹脂，自制的生物打印機(jī)使用含有活細(xì)胞和光敏聚合物的溶液，其在暴露于UV光時(shí)固化。3D模型的2D圖像由數(shù)百萬(wàn)個(gè)微鏡反射，其將這些圖像投射為UV光，一次固化一層混合物，以創(chuàng)建生物3D結(jié)構(gòu)。
“我們可以以極高的分辨率直接打印詳細(xì)的微血管結(jié)構(gòu)，”實(shí)驗(yàn)室的博士后學(xué)者、項(xiàng)目首席研究員Wei Zhu說(shuō)。“其他3D打印技術(shù)相比之下產(chǎn)生相當(dāng)于‘像素化’結(jié)構(gòu)，通常需要犧牲材料和附加步驟來(lái)創(chuàng)建對(duì)象。”
令人難以置信的是，Chen和他的團(tuán)隊(duì)解釋道，“這種UV 3D生物打印過(guò)程只需幾秒鐘。相比之下，其他3D生物打印技術(shù)可能需要幾個(gè)小時(shí)來(lái)打印單個(gè)結(jié)構(gòu)。”Chen的方法還有其他優(yōu)點(diǎn)：用于生物溶液中的光敏聚合物廉價(jià)易得，而且是完全生物相容的。
使用他們精制的生物3D打印技術(shù)，加州大學(xué)圣地亞哥分校的研究人員能夠基于真實(shí)的人類血管網(wǎng)絡(luò)的3D模型，3D打印包含形成血管內(nèi)襯的內(nèi)皮細(xì)胞（細(xì)胞的結(jié)構(gòu)）。盡管測(cè)量?jī)H為4mm×5mm×600μm，研究人員依然能夠在活體受試者中使用這種仿制血管網(wǎng)絡(luò)。
在培養(yǎng)這些3D打印結(jié)構(gòu)一天后，研究人員將它們移植到活小鼠的皮膚傷口上。兩個(gè)星期后，這些人工脈管系統(tǒng)已經(jīng)生長(zhǎng)到小鼠的血管網(wǎng)絡(luò)中并與其合并，血液像正常一樣流過(guò)這些血管。
這項(xiàng)研究顯示了很大的希望，雖然還有更多的工作要做，Chen和他的團(tuán)隊(duì)可以考慮使用他們的生物3D打印方法為人類使用。例如，真正的脈管系統(tǒng)不僅用于運(yùn)輸血液，而且還用于運(yùn)輸營(yíng)養(yǎng)物、氧氣和廢物。“我們還有很多工作要做，如改善這些材料，”Chen說(shuō)。
研究人員的下一步將是使用人類的干細(xì)胞建立組織，這可以很容易地從人類皮膚中找到。研究人員說(shuō)，這些組織可以用于幫助被宿主的身體的免疫系統(tǒng)拒絕的接受移植的患者。
加利福尼亞州圣地亞哥大學(xué)研究人員的主要目標(biāo)是該項(xiàng)目能夠到達(dá)臨床試驗(yàn)階段，但在此之前，還需要耐心等候幾年。
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