美國研究團隊研發(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，用來模仿人體氣管和血管等脈管系統(tǒng)，為未來人造功能性器官掃除一個重要的技術(shù)障礙。該突破性成果刊登在近日的《科學》雜志上。
人造功能性組織的最大障礙之一，是無法制造出復(fù)雜的脈管系統(tǒng)將營養(yǎng)物質(zhì)運送至人體組織中。此外，人體器官中還包含獨立的脈管網(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)對這一挑戰(zhàn)，由美國萊斯大學的喬丹·米勒和華盛頓大學的凱利·史蒂文斯領(lǐng)導的研究團隊開發(fā)出一種水凝膠3D打印技術(shù)。這種新的開源生物打印技術(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)溶液中添加了藍光吸收劑，使得吸收藍光后凝固的水凝膠被限定在非常精細的一層中。
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，科學家們生成了一個模擬肺泡的水凝膠模型，實驗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相似，紅血球流經(jīng)人造肺泡周圍的血管網(wǎng)絡(luò)時能夠捕獲氧氣。此外，為了驗證打印組織的生物兼容性，研究人員還將含有肝細胞的生物打印結(jié)構(gòu)植入有慢性肝損傷的小鼠體內(nèi)，結(jié)果顯示，肝細胞能夠在植入后存活。
利用患者自身組織細胞通過生物打印來生成移植用功能性器官一直是科學家們的夢想，因為它不僅能解決來源稀缺問題，還能防止器官排斥。不過，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有人造物可以替代，但未來的生物打印器官有望實現(xiàn)這一目標。預(yù)計生物打印在20年內(nèi)將成為醫(yī)學的重要組成部分。（李山）
總編輯圈點
3D打印剛剛進入公眾視野時，有人認為這種技術(shù)只是一種噱頭。因為有些3D打印出來的東西結(jié)構(gòu)簡單、表面粗糙，看起來似乎不太高級。經(jīng)過不斷迭代升級，3D打印已經(jīng)在打破人們對它的偏見。在航空領(lǐng)域，它可以為飛機和宇宙飛船打印零部件；在醫(yī)學領(lǐng)域，它竟然可以用來打印血管。如此展望10年甚至20年，3D打印所能發(fā)揮的作用將進一步超越我們的想象。
