近日，加州大學圣地亞哥分校的研究人員使用生物3D打印機來開發(fā)功能性血管網(wǎng)絡。據(jù)研究人員說，他們的工作可以推進人工器官和再生療法的發(fā)展。
生物醫(yī)學界的大多數(shù)專家一致認為，生物3D打印有一天對創(chuàng)造人工人體器官有巨大希望，降低對人類捐助者的依賴，并潛在地拯救數(shù)百萬人類的生命。然而，如果這種潛在的前景成為現(xiàn)實，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。
“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巨大瓶頸，它是高需求但短缺的供應，”加利福尼亞州圣地亞哥納米材料、生物打印和組織工程實驗室納領(lǐng)導者陳紹晨（音譯）教授說。“生物3D打印機可以幫助彌補這一差距，我們的實驗室朝著這一目標邁出了一大步。”
Chen先生談到的大步驟包括：他的實驗室已經(jīng)設法3D打印血管網(wǎng)絡，可以安全地與身體的自身網(wǎng)絡集成，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和他的團隊展示了他們?nèi)绾问褂米灾频?D打印機開發(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。在過去，這種生物3D打印方法已被用于創(chuàng)建肝組織等對象。
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，因為它使用光來固化光敏物質(zhì)。然而，其打印材料不使用樹脂，自制的生物打印機使用含有活細胞和光敏聚合物的溶液，其在暴露于UV光時固化。3D模型的2D圖像由數(shù)百萬個微鏡反射，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的微血管結(jié)構(gòu)，”實驗室的博士后學者、項目首席研究員Wei Zhu說。“其他3D打印技術(shù)相比之下產(chǎn)生相當于‘像素化’結(jié)構(gòu)，通常需要犧牲材料和附加步驟來創(chuàng)建對象。”
令人難以置信的是，Chen和他的團隊解釋道，“這種UV 3D生物打印過程只需幾秒鐘。相比之下，其他3D生物打印技術(shù)可能需要幾個小時來打印單個結(jié)構(gòu)。”Chen的方法還有其他優(yōu)點：用于生物溶液中的光敏聚合物廉價易得，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)，加州大學圣地亞哥分校的研究人員能夠基于真實的人類血管網(wǎng)絡的3D模型，3D打印包含形成血管內(nèi)襯的內(nèi)皮細胞（細胞的結(jié)構(gòu)）。盡管測量僅為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。
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。兩個星期后，這些人工脈管系統(tǒng)已經(jīng)生長到小鼠的血管網(wǎng)絡中并與其合并，血液像正常一樣流過這些血管。
這項研究顯示了很大的希望，雖然還有更多的工作要做，Chen和他的團隊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)不僅用于運輸血液，而且還用于運輸營養(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。
研究人員的下一步將是使用人類的干細胞建立組織，這可以很容易地從人類皮膚中找到。研究人員說，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研究人員的主要目標是該項目能夠到達臨床試驗階段，但在此之前，還需要耐心等候幾年。
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