最新一期美国《科学》杂志刊登(dēng)了(le)一篇(piān)具有里程碑意义的重磅论文。杂志封面上展示的3D打印(yìn)模(mó)拟肺泡(pào)。
美国多所大学组成的研(yán)究团队开发出一种水凝胶3D打印技术,可生成结构复杂的(de)脉管,模(mó)仿人体血(xuè)管、气管(guǎn)和淋(lín)巴管等(děng)通道,有(yǒu)望为器官(guān)移植格局带来革命性的变化。
《科学》封(fēng)面 3D打印模拟肺泡
研(yán)究显(xiǎn)示,在一(yī)个模(mó)拟肺泡的水凝胶模型中,人造气管可将氧气输(shū)送至周围的人造血管网络中,红血球流(liú)经人造(zào)肺泡周围的血管(guǎn)网络(luò)时能够(gòu)捕获氧气,这与人体肺泡的气(qì)体交换活动相似。这一看(kàn)似简单的功能,却曾是“3D打(dǎ)印器官(guān)”难以逾越的天堑。
论文(wén)通讯作者、美国赖斯(sī)大学生物工程助理教授乔丹·米(mǐ)勒表示,为了解决这一问题(tí),这支(zhī)团(tuán)队使用了一种(zhǒng)全新的3D打印技术。首(shǒu)先,按照(zhào)电脑设计,他(tā)们会将一个三维的复杂结构分解为多层(céng)二(èr)维打印的蓝图(tú);其次(cì),他(tā)们使用一种液体的水(shuǐ)凝胶溶液按蓝图(tú)进行打印,并(bìng)通过特殊的(de)蓝(lán)光将其逐层固化。这样一层一层(céng)堆(duī)积起来,就有了一个(gè)三维的凝胶结构。研究人员们称,这些打(dǎ)印出的结构性质柔软(ruǎn),生物可兼(jiān)容,且内部有(yǒu)着精细的结构(分(fèn)辨(biàn)率达10-50微(wēi)米)。更关(guān)键的(de)是,在短短几分钟内,我们就(jiù)可以完成打印。
由水(shuǐ)凝(níng)胶(jiāo)3D打印而成,模拟肺功能的气囊(náng)。它能够像肺部一样,朝周围(wéi)的血管(guǎn)输送氧气
在打印的肝脏组织中(zhōng),研(yán)究人员们植入了原代肝细胞,并将它们放(fàng)入了带有慢性(xìng)肝(gān)损(sǔn)伤的小鼠体内。研究表明,这些肝细胞(bāo)也能在体内生存,表明(míng)打造的血(xuè)管能有效(xiào)为这些(xiē)细胞输送(sòng)养分。
论文(wén)作者(zhě)之一、美(měi)国华盛顿大学生物(wù)工程(chéng)助理(lǐ)教授(shòu)凯莉·史蒂文斯说,肝脏的功能有500种之(zhī)多,这样(yàng)的复(fù)杂性(xìng)意味着目前(qián)尚没有人造(zào)物可(kě)以替代,但(dàn)未来(lái)的生物打印器官(guān)有望(wàng)实现这一目标。预计生物打印在二十(shí)年内将成为医学的重(chóng)要组成部分。
3D打(dǎ)印血管结构
《科学》杂志的专文(wén)介绍(shào)中(zhōng),直接将(jiāng)打印出的迷(mí)你器官(guān)称(chēng)为“小型奇迹”。为了(le)便于全球(qiú)各(gè)地(dì)的科学家们(men)使用这一技术,研究人员们(men)决定将这一研究“开源”.他们期待,在(zài)这一技术的帮(bāng)助下(xià),人们能(néng)对3D打印器官(guān)产生更多理解,最终促(cù)进“人造器(qì)官”的加速上市,造福(fú)广大需要器官移植的患(huàn)者。