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近日，美國(guó)維克森林大學(xué)再生醫(yī)學(xué)研究所的研究人員宣布，已開(kāi)發(fā)出一種3D生物打印機(jī)，打印出的人體器官具備獲取氧氣和營(yíng)養(yǎng)的“通道”。如果這一技術(shù)得到完善，那么將可以解決3D打印器官最大的障礙之一：如何向人造組織提供營(yíng)養(yǎng)。
3D生物打印機(jī)將可用于器官移植手術(shù)
該研究所負(fù)責(zé)人安東尼·阿塔拉(Anthony Atala)及其同事的這一成果已發(fā)表在《自然生物技術(shù)》期刊上。這一生物打印機(jī)名為“一體式組織-器官打印系統(tǒng)”(ITOP)。
生物打印需要用到來(lái)自捐贈(zèng)者的細(xì)胞。這些細(xì)胞需要在實(shí)驗(yàn)室中培養(yǎng)，并置于水基凝膠中。隨后，這些凝膠將被注入可生物降解的聚合物結(jié)構(gòu)，使細(xì)胞處于適當(dāng)位置。阿塔拉和其他研究者此前曾發(fā)明過(guò)多種方式去打印人造皮膚和人造膀胱。然而，這樣的人造器官存在局限：由于缺少血管，因此這些器官的厚度均不能超過(guò) 200微米，這大約等于頭發(fā)絲的寬度。
包括維克森林大學(xué)的團(tuán)隊(duì)在內(nèi)，多支研究團(tuán)隊(duì)都在探索新技術(shù)，用于打印更厚的人體組織。
阿塔拉的ITOP生物打印機(jī)能在計(jì)算機(jī)控制下使用多種不同類(lèi)型的凝膠去打印，這類(lèi)似于噴墨打印機(jī)的噴墨。在這一過(guò)程中，ITOP可以在打印出的組織內(nèi)部構(gòu)造微型通道。在器官的初步成長(zhǎng)中，這些微型通道可以提供血管的功能，使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)和氧分子抵達(dá)器官內(nèi)部的細(xì)胞。
阿塔拉表示：“我們的研究成果表明，我們使用的‘生物墨水’以及微型通道提供了細(xì)胞成活、組織生長(zhǎng)的合適環(huán)境。”
在被植入生物體之后，通過(guò)“血管形成”過(guò)程，血管將取代微型通道。在最新實(shí)驗(yàn)中，研究人員制造了多種人體結(jié)構(gòu)，包括人耳、肌肉纖維，以及顎骨碎片。
其中，3D打印人耳已被移植至小鼠身體。在兩個(gè)月時(shí)間里，人造器官內(nèi)的血管和軟骨組織逐漸成型。人造肌肉纖維同樣在小鼠體內(nèi)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。在移植的兩周后，實(shí)驗(yàn)表明，這些肌肉有著足夠的強(qiáng)度，以支撐血管和神經(jīng)的形成。而當(dāng)顎骨被植入小鼠體內(nèi)后，研究人員發(fā)現(xiàn)，血管在5個(gè)月后形成。
維克森林大學(xué)的這一生物打印技術(shù)尚未被用于人體。不過(guò)阿塔拉及其同事認(rèn)為，這一技術(shù)也適合人體。這種技術(shù)的一大優(yōu)勢(shì)在于，打印的器官可以訂制，從而完全符合器官接受者的需求。
阿塔拉表示：“這一打印機(jī)可以制造出穩(wěn)定、符合人體尺寸的任何形狀的組織。在未來(lái)發(fā)展中，這一技術(shù)將可以打印活體組織和器官結(jié)構(gòu)，用于器官移植手術(shù)。”對(duì)于戰(zhàn)場(chǎng)上的傷員來(lái)說(shuō)，生物打印技術(shù)將提供一種恢復(fù)健康的新工具。最終，打印腎臟等更復(fù)雜的器官也將成為可能。
