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学科前沿
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Science:3D打印器官最大难题—细微血管网络首被攻破
 
时刻:2019-05-23
作者单位:美柏
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现在,咱们简直现已可以做到在试验室内自主培育人体器官,但怎么创造出器官成长所需的血管网络——这一最大难关仍未被攻破。一项研讨标明,只需一种常见的食物染料即可处理这一问题。
在美国,现在有超越10万人仍在等候器官进行移植。即便你满足走运,等到了匹配的器官并完成了移植,也将不得不毕生服用免疫抑制剂。这便是为什么科学家们一直以来都梦想着能运用患者自己的细胞培育新的器官,这将一起处理器官资源缺少和器官排异危险这两个问题。
这些年,安排工程学范畴现已取得了很大的开展。试验室培育的人工皮肤应用于医学范畴已有数十年前史。而且,无论是人工资料仍是人体天然支撑结构中提取出的细胞制成的干细胞都现已被用于培育生物支架。
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可是,最激动人心的开展是将3D打印技能引进该范畴,这有望将工程师享用的速度、灵活性以及定制活动带入生物医学范畴。
所谓的生物打印机已被用于制作用于科学研讨的细胞器,而且已有令人信服的依据标明“制作完好的器官”这一概念很可能成真。
可是一切的安排工程师面对的一起应战是怎么构成血管网络。制作零星的安排并不难,可是科学家们一直在努力创造杂乱的细微血管网络,这些血管可以将营养物质和氧气带入血管,一起将废物带出。这便是为什么大部分试验效果都是直径一两英寸或许中空的结构,例如嗓子或膀胱。
现在一支由美国莱斯大学科学家领导的研讨团队现已创立出了一个3D生物打印机,它可以打印生物相容性水凝胶中不到三分之一毫米宽的血管。《科学》杂志注销的文章,描绘了他们是怎么运用生物打印机创立出了一个可以有效地为人体血液供氧的人体肺部模型。
该团队运用了一种常见的被称为投影立体光刻(projection stereolithography)的3D打印技能,它运用光线逐层固化光敏树脂。
生成轻量级的高分辨率图画适当简略,但应战在于怎么使树脂满足灵敏以仿制那些细微的细节。一个要害的发现是一种名为“黄色5号”的常见食用染料,它可以有效地吸收蓝光,一起将凝结进程约束在一个十分精密的层次中。这种化学物质来自食物和饮料出产职业,因此是安全无毒的。
他们用这种办法创立了一个杂乱的肺部模型,模型中细微的肺泡被完善的血管网络包裹着。试验中,他们发现人工器官可以为血液供氧。为了证明该技能有朝一日可以用于人类,他们还运用了打印出的安排载体,在将它们植入小鼠之前使其载入肝细胞。
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莱斯大学的研讨团队并不是仅有一支致力于霸占这一难题的团队。新建立的Prellis Biologics公司也致力于生物打印细微的毛细血管,上一年12月,他们推出了一系列带有内置毛细血管的安排支架。
尽管处理血液供给问题一直是安排工程师的首要希望,但最新研讨的作者们指出,循环系统并不是仅有一个存在这些精密结构的当地。
 “咱们的器官实际上包括独立的血管网络——如肺部的气道和血管,或胆管和肝脏中的血管,”莱斯大学生物工程助理教授兼《科学》陈述的高档作者Jordan Miller说。
“这些相互贯穿的网络在物理和生物化学范畴相互联合,而体系结构自身与安排功用密切相关。咱们运用的技能是第一个以直接且全面的办法应对多种血管应战的生物打印技能,“他说。
要想将这种技能应用于打印整个器官,依然负重致远,但这种办法克服了这一困难进程中的一个首要妨碍。值得注意的是,研讨人员决议揭露该项目,以便其他人可以以他们的规划为根底,加速推进该范畴的开展。
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