哈佛大學(xué)研究人員開(kāi)發(fā)出生物3D打印復(fù)雜血管網(wǎng)絡(luò)的方法

近日，加州大學(xué)洛杉磯分校專業(yè)從事組織工程和生物打印的生物工程教授Ali Khademhosseini和他的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種新的創(chuàng)新技術(shù)，用于生物打印模擬復(fù)雜血管網(wǎng)和管道的管狀結(jié)構(gòu)。這項(xiàng)突破性的研究最近發(fā)表在“ 先進(jìn)材料 ”雜志上，可以用于植入或藥物測(cè)試的組織生物打印。

該項(xiàng)目得到了美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院的支持，正在與哈佛大學(xué)和布萊根婦女醫(yī)院的研究人員合作開(kāi)展。接下來(lái)是Khademhosseini之前的生物打印工作，他開(kāi)發(fā)了一種定制的多材料生物打印機(jī)，用于生產(chǎn)復(fù)雜的人造組織。

雖然在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中有許多努力將血管整合到生物打印的組織中，但是并沒(méi)有多少人成功地匹配天然血管網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性和可變性。據(jù)報(bào)道，聯(lián)合研究小組提出的最新方法比以往任何時(shí)候都更接近于模仿復(fù)雜的血管網(wǎng)絡(luò)。

Ali Khademhosseini，Levi James Knight，Jr。加州大學(xué)洛杉磯分校工程系主任

“身體中的血管不均勻，”該研究的資深研究人員，BWH醫(yī)學(xué)系的生物工程師Yu Shrike Zhang博士解釋道。“這種生物打印方法可以生成復(fù)雜的管狀結(jié)構(gòu)，模仿人體系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)，比以前的技術(shù)具有更高的保真度。”

該過(guò)程包括從人體細(xì)胞和水凝膠材料制成的專門生物鏈。由親水聚合物組成的水凝膠經(jīng)過(guò)優(yōu)化，以促使人體細(xì)胞在整個(gè)油墨中增殖。接下來(lái)，將生物粉末的盒子裝入生物打印機(jī)中，該生物打印機(jī)配備有噴嘴，該噴嘴被定制用于連續(xù)打印具有多達(dá)三層的管狀結(jié)構(gòu)。

至關(guān)重要的是，使用新方法打印的管狀結(jié)構(gòu)是可灌注的，這意味著流體和營(yíng)養(yǎng)物可以有效地通過(guò)它們傳輸以在整個(gè)組織中攜帶。當(dāng)然，血管在將營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)帶入整個(gè)有機(jī)組織并使其茁壯成長(zhǎng)方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。在人造組織中，需要相同的功能。

“這種可調(diào)和可灌注的周向多層組織的制造代表了創(chuàng)造人體穹窿組織的基本步驟，”該研究的摘要中寫道。

在他們的研究中，研究人員成功地打印了人造血管和尿路上皮組織。對(duì)于后者，他們使用人尿路上皮和膀胱平滑肌細(xì)胞的組合，而對(duì)于血管組織，他們將人內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞與水凝膠混合。

隨著研究人員進(jìn)一步建立生物打印組織和血管結(jié)構(gòu)的方法，最終目標(biāo)是制造復(fù)雜的人工組織，這些組織是患者特異性的(換句話說(shuō)，是從細(xì)胞中產(chǎn)生的)。

“3D打印允許你制作與患者所具有的缺陷形狀實(shí)際上相同的組織，”加州大學(xué)洛杉磯分校工程主席Levi James Knight Jr.解釋說(shuō)，Khademhosseini解釋說(shuō)。“如果我們可以制造組織，我們不僅可以將它們移植到人體中并修復(fù)它們的疾病，而且我們還可以利用身體外的組織來(lái)測(cè)試患者和患者組織上的藥物，看看藥物將是有用與否。“

然而，挑戰(zhàn)仍然存在。例如，團(tuán)隊(duì)必須確保生物打印的組織是可植入的，并且在體內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間保持活力。盡管如此，研究人員仍然相信這一挑戰(zhàn)和其他挑戰(zhàn)將在不久的將來(lái)得到解決。

“我們目前正在進(jìn)一步優(yōu)化參數(shù)和生物材料，我們的目標(biāo)是創(chuàng)造具有足夠機(jī)械穩(wěn)定性的管狀結(jié)構(gòu)，以維持身體。”

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