美國(guó)研究團(tuán)隊(duì)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(lái)模仿人體氣管和血管等脈管系統(tǒng)，為未來(lái)人造功能性器官掃除一個(gè)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(wú)法制造出復(fù)雜的脈管系統(tǒng)將營(yíng)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(duì)這一挑戰(zhàn)，由美國(guó)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(duì)開(kāi)發(fā)出一種水凝膠3D打印技術(shù)。這種新的開(kāi)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(gè)模擬肺泡的水凝膠模型，實(shí)驗(yàn)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(dòng)相似，紅血球流經(jīng)人造肺泡周圍的血管網(wǎng)絡(luò)時(shí)能夠捕獲氧氣。此外，為了驗(yàn)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(guò)生物打印來(lái)生成移植用功能性器官一直是科學(xué)家們的夢(mèng)想，因?yàn)樗粌H能解決來(lái)源稀缺問(wèn)題，還能防止器官排斥。不過(guò)，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(méi)有人造物可以替代，但未來(lái)的生物打印器官有望實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。預(yù)計(jì)生物打印在20年內(nèi)將成為醫(yī)學(xué)的重要組成部分。（李山）
總編輯圈點(diǎn)
3D打印剛剛進(jìn)入公眾視野時(shí)，有人認(rèn)為這種技術(shù)只是一種噱頭。因?yàn)橛行?D打印出來(lái)的東西結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、表面粗糙，看起來(lái)似乎不太高級(jí)。經(jīng)過(guò)不斷迭代升級(jí)，3D打印已經(jīng)在打破人們對(duì)它的偏見(jiàn)。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(lái)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。
