3D打印血管使人造器官更接近現(xiàn)實(shí)

在體外培育功能性人體器官是器官移植醫(yī)學(xué)領(lǐng)域長(zhǎng)期以來(lái)尋求的“圣杯”，但至今仍未實(shí)現(xiàn)。哈佛大學(xué)威斯生物啟發(fā)工程研究所和約翰·A·保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院 (SEAS) 的最新研究使這一探索更接近完成。

一組科學(xué)家發(fā)明了一種新方法，可以 3D 打印血管網(wǎng)絡(luò)，這種血管網(wǎng)絡(luò)由相互連接的血管組成，血管具有獨(dú)特的“外殼”，由平滑肌細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞組成，圍繞著一個(gè)空心“核心”，液體可以通過(guò)這個(gè)“核心”流動(dòng)，嵌入人體心臟組織內(nèi)。這種血管結(jié)構(gòu)與自然血管非常相似，代表著在制造可植入人體器官方面取得了重大進(jìn)展。

該成果發(fā)表在《先進(jìn)材料》雜志上。

“在之前的工作中，我們開(kāi)發(fā)了一種新的 3D 生物打印方法，稱(chēng)為‘功能組織中的犧牲性書(shū)寫(xiě)’ (SWIFT)，用于在活細(xì)胞基質(zhì)內(nèi)圖案化空心通道。在此基礎(chǔ)上，我們?cè)诖朔椒ǖ幕A(chǔ)上引入了同軸 SWIFT (co-SWIFT)，它重現(xiàn)了天然血管中的多層結(jié)構(gòu)，使其更容易形成互連的內(nèi)皮，并且更堅(jiān)固以承受血流的內(nèi)部壓力，”第一作者 Paul Stankey 說(shuō)道，他是 SEAS 的研究生，在共同資深作者和 Wyss 核心教員 Jennifer Lewis 的實(shí)驗(yàn)室工作，理學(xué)博士。

該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵創(chuàng)新是一種獨(dú)特的芯殼噴嘴，它具有兩個(gè)獨(dú)立可控的流體通道，用于構(gòu)成打印血管的“墨水”：基于膠原蛋白的殼墨水和基于明膠的核心墨水。噴嘴的內(nèi)部核心腔略微延伸到殼腔之外，因此噴嘴可以完全刺穿先前打印的血管，以創(chuàng)建互連的分支網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)灌注為人體組織和器官提供足夠的氧氣。通過(guò)改變打印速度或墨水流速，可以在打印過(guò)程中改變血管的大小。

為了確認(rèn)新的 co-SWIFT 方法有效，該團(tuán)隊(duì)首先將多層血管打印到透明顆粒狀水凝膠基質(zhì)中。接下來(lái)，他們將血管打印到最近創(chuàng)建的 uPOROS 基質(zhì)中，該基質(zhì)由多孔膠原基材料組成，可復(fù)制活體肌肉組織的致密纖維結(jié)構(gòu)。他們能夠在這兩種無(wú)細(xì)胞基質(zhì)中成功打印分支血管網(wǎng)絡(luò)。打印這些仿生血管后，加熱基質(zhì)，導(dǎo)致基質(zhì)和殼墨水中的膠原蛋白交聯(lián)，犧牲明膠芯墨水融化，使其易于去除，從而形成開(kāi)放、可灌注的血管系統(tǒng)。

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