發(fā)布日期：2019-05-07
美國研究團(tuán)隊研發(fā)出新型生物打印技術(shù)，可快速生成有復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的生物相容性水凝膠，用來模仿人體氣管和血管等脈管系統(tǒng)，為未來人造功能性器官掃除一個重要的技術(shù)障礙。該突破性成果刊登在近日的《科學(xué)》雜志上。
人造功能性組織的最大障礙之一，是無法制造出復(fù)雜的脈管系統(tǒng)將營養(yǎng)物質(zhì)運(yùn)送至人體組織中。此外，人體器官中還包含獨(dú)立的脈管網(wǎng)絡(luò)，例如肺中的氣管和血管以及肝臟中的膽管和血管，這些相互滲透的網(wǎng)絡(luò)在物理上和生物化學(xué)上是相互纏繞的，結(jié)構(gòu)本身與組織功能密切相關(guān)。
為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，由美國萊斯大學(xué)的喬丹·米勒和華盛頓大學(xué)的凱利·史蒂文斯領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊開發(fā)出一種水凝膠3D打印技術(shù)。這種新的開源生物打印技術(shù)的核心是被稱為“組織工程立體光刻儀”（SLATE）的設(shè)備和相應(yīng)的藍(lán)光吸收劑。該系統(tǒng)應(yīng)用增材制造原理，在水凝膠預(yù)溶液中添加了藍(lán)光吸收劑，使得吸收藍(lán)光后凝固的水凝膠被限定在非常精細(xì)的一層中。
該系統(tǒng)可以在幾分鐘內(nèi)生成具有復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的生物相容性水凝膠。這使科學(xué)家們能夠創(chuàng)造出復(fù)雜的脈管網(wǎng)絡(luò)，模擬人體血液、空氣和淋巴等物質(zhì)的自然通道。
為了證明該研究的原理，科學(xué)家們生成了一個模擬肺泡的水凝膠模型，實驗表明人造氣管可將氧氣輸送至人造血管網(wǎng)絡(luò)中，與人體肺泡的氣體交換活動相似，紅血球流經(jīng)人造肺泡周圍的血管網(wǎng)絡(luò)時能夠捕獲氧氣。此外，為了驗證打印組織的生物兼容性，研究人員還將含有肝細(xì)胞的生物打印結(jié)構(gòu)植入有慢性肝損傷的小鼠體內(nèi)，結(jié)果顯示，肝細(xì)胞能夠在植入后存活。
利用患者自身組織細(xì)胞通過生物打印來生成移植用功能性器官一直是科學(xué)家們的夢想，因為它不僅能解決來源稀缺問題，還能防止器官排斥。不過，史蒂文斯表示，肝臟的功能有500種之多，這樣的復(fù)雜性意味著目前尚沒有人造物可以替代，但未來的生物打印器官有望實現(xiàn)這一目標(biāo)。預(yù)計生物打印在20年內(nèi)將成為醫(yī)學(xué)的重要組成部分。
總編輯圈點(diǎn)
3D打印剛剛進(jìn)入公眾視野時，有人認(rèn)為這種技術(shù)只是一種噱頭。因為有些3D打印出來的東西結(jié)構(gòu)簡單、表面粗糙，看起來似乎不太高級。經(jīng)過不斷迭代升級，3D打印已經(jīng)在打破人們對它的偏見。在航空領(lǐng)域，它可以為飛機(jī)和宇宙飛船打印零部件；在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，它竟然可以用來打印血管。如此展望10年甚至20年，3D打印所能發(fā)揮的作用將進(jìn)一步超越我們的想象。（記者李山）
來源：科技日報
