3D打印血管使人造器官更接近現(xiàn)實
在體外培育功能性人體器官是器官移植醫(yī)學領域長期以來尋求的“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,這種血管網(wǎng)絡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。在此基礎上,我們在此方法的基礎上引入了同軸 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,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。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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