在體外培育功能性人體器官是器官移植醫(yī)學領(lǐng)域長期以來尋求的“圣杯”，但至今仍未實現(xiàn)。哈佛大學威斯生物啟發(fā)工程研究所和約翰·A·保爾森工程與應(yīng)用科學學院 (SEAS) 的最新研究使這一探索更接近完成。
一組科學家發(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，血管具有獨特的“外殼”，由平滑肌細胞和內(nèi)皮細胞組成，圍繞著一個空心“核心”，液體可以通過這個“核心”流動，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展。
該成果發(fā)表在《先進材料》雜志上。
“在之前的工作中，我們開發(fā)了一種新的 3D 生物打印方法，稱為‘功能組織中的犧牲性書寫’ (SWIFT)，用于在活細胞基質(zhì)內(nèi)圖案化空心通道。在此基礎(chǔ)上，我們在此方法的基礎(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，并且更堅固以承受血流的內(nèi)部壓力，”第一作者 Paul Stankey 說道，他是 SEAS 的研究生，在共同資深作者和 Wyss 核心教員 Jennifer Lewis 的實驗室工作，理學博士。
該團隊開發(fā)的關(guān)鍵創(chuàng)新是一種獨特的芯殼噴嘴，它具有兩個獨立可控的流體通道，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)，通過灌注為人體組織和器官提供足夠的氧氣。通過改變打印速度或墨水流速，可以在打印過程中改變血管的大小。
為了確認新的 co-SWIFT 方法有效，該團隊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，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細胞基質(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，從而形成開放、可灌注的血管系統(tǒng)。
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