發(fā)布日期：2019-05-16
相比別的修理工，醫(yī)生修起人來可是要難上不少。且不說人體的復雜性，單就沒有備用“零件”這一點，就足以讓人吐血了。
目前的器官移植別人捐獻的器官，受排異反應(yīng)和供體來源的限制，難以廣泛應(yīng)用。而通過組織工程人造器官，看起來很美好，現(xiàn)實卻很骨感，特別是心肝脾肺腎這樣的實體器官，光長出相應(yīng)的細胞還不算完，得有正確的結(jié)構(gòu)才能行使它們的正常功能。
近日，萊斯大學的Bagrat Grigoryan、Kelly Stevens和Jordan Miller等，通過三維光刻技術(shù)，使用生物相容的水凝膠，3D打印了一個包含血管和氣道的肺臟模型，在其中實現(xiàn)了血液的氧合；還構(gòu)建了一小塊肝臟，移植到小鼠體內(nèi)后成功存活。相關(guān)研究獲得Science封面推薦[1]。
論文獲Science封面推薦通過組織工程再生器官，哪里壞了換哪里，可以說是人們在醫(yī)學上的一個理想，甚至有人幻想通過不斷的更換器官，使人體成為一條忒休斯之船，達到永生。而近些年火熱的3D打印技術(shù)，更是為通過組織工程制造器官打開了一扇大門，像組織工程的耳廓軟骨，就已經(jīng)從小鼠走向臨床，用于修復小耳畸形患者的外耳[2]。
不過外耳軟骨畢竟沒有什么復雜的結(jié)構(gòu)。此前成功產(chǎn)生下一代的3D打印卵巢，也只是打印了個支架把卵泡放進去，其中供血的血管還是植入后由宿主生成的。這樣的技術(shù)要想拿來生成實體器官，差的還是不少的。
實體器官的功能，離不開其中復雜的空間結(jié)構(gòu)，比如心臟的兩房兩室4個瓣膜、肝臟的肝小葉、脾中的脾索和脾血竇、肺中交織在一起的血管和氣道、腎臟的腎單位，乃至血管中定向開啟的瓣膜，都是這些器官發(fā)揮功能必不可少的結(jié)構(gòu)。
心肺的血管鑄形
為了制作出這些復雜的結(jié)構(gòu)，研究人員選擇了三維光刻技術(shù)，通過光照使光敏樹脂局部聚合，打印出特定的結(jié)構(gòu)。相比逐點打印的傳統(tǒng)噴墨式3D打印，三維光刻可以同時處理幾百萬個體素，再輔以檸檬黃遮光，打印的效率和精度都大幅提高了。
光說不練假把式，研究人員先用三維光刻打印了一小段帶瓣膜的血管，小試牛刀一下。
血流順著瓣膜單向流動，初步的嘗試成功了，來給自己鼓個掌！接下來就要挑戰(zhàn)一下更高的難度了。肺臟中有血管和氣道這兩套互相糾纏在一起，又不互通的管道，三維光刻能完成嗎？
再往里灌上不同顏色的液體看看互不互通。 兩套不互通的管道看來是沒問題，接下來就是氧合了。暗紅色的無氧血液流進去，鮮紅色的富氧血液流出來。不過肺里面完成氣體交換的可不是這么一根管子，是肺泡和周圍的毛細血管網(wǎng)。
這樣的肺泡再多組裝幾個就是個肺臟了。除了肺，研究人員還嘗試制作了一小塊肝。水凝膠包裹的肝細胞中白蛋白啟動子的活性比單細胞狀態(tài)高出了60倍！同時由于總粒徑超過了組織工程三維光刻儀的體素大小，研究人員還構(gòu)建了一個更為高級的載體，把這些被水凝膠包裹的肝細胞附著在天然的纖維蛋白上，其間也留有作為血管的空隙。
隨后，研究人員向空隙中種入了人臍靜脈內(nèi)皮細胞，然后將這一小塊“肝臟”植入了慢性肝損傷的小鼠體內(nèi)。14天后，這些植入的“肝臟”中依然可以檢測到活躍的白蛋白啟動子，其中的肝細胞成功存活！
論文共同通訊作者Stevens教授表示：“組織工程學在這方面已經(jīng)掙扎了一代人的時間。有了這項研究，我們現(xiàn)在可以更好地問，‘如果我們能打印出看起來甚至呼吸起來更像我們身體健康組織的組織，那么它們的功能是否也會更像那些組織？’這是一個重要的問題，因為組織功能的好壞將會影響它作為一種治療方法的成功程度。”
來源：奇點網(wǎng)
