發(fā)布日期：2019-05-16
相比別的修理工，醫(yī)生修起人來(lái)可是要難上不少。且不說(shuō)人體的復(fù)雜性，單就沒(méi)有備用“零件”這一點(diǎn)，就足以讓人吐血了。
目前的器官移植別人捐獻(xiàn)的器官，受排異反應(yīng)和供體來(lái)源的限制，難以廣泛應(yīng)用。而通過(guò)組織工程人造器官，看起來(lái)很美好，現(xiàn)實(shí)卻很骨感，特別是心肝脾肺腎這樣的實(shí)體器官，光長(zhǎng)出相應(yīng)的細(xì)胞還不算完，得有正確的結(jié)構(gòu)才能行使它們的正常功能。
近日，萊斯大學(xué)的Bagrat Grigoryan、Kelly Stevens和Jordan Miller等，通過(guò)三維光刻技術(shù)，使用生物相容的水凝膠，3D打印了一個(gè)包含血管和氣道的肺臟模型，在其中實(shí)現(xiàn)了血液的氧合；還構(gòu)建了一小塊肝臟，移植到小鼠體內(nèi)后成功存活。相關(guān)研究獲得Science封面推薦[1]。
論文獲Science封面推薦通過(guò)組織工程再生器官，哪里壞了換哪里，可以說(shuō)是人們?cè)卺t(yī)學(xué)上的一個(gè)理想，甚至有人幻想通過(guò)不斷的更換器官，使人體成為一條忒休斯之船，達(dá)到永生。而近些年火熱的3D打印技術(shù)，更是為通過(guò)組織工程制造器官打開(kāi)了一扇大門(mén)，像組織工程的耳廓軟骨，就已經(jīng)從小鼠走向臨床，用于修復(fù)小耳畸形患者的外耳[2]。
不過(guò)外耳軟骨畢竟沒(méi)有什么復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。此前成功產(chǎn)生下一代的3D打印卵巢，也只是打印了個(gè)支架把卵泡放進(jìn)去，其中供血的血管還是植入后由宿主生成的。這樣的技術(shù)要想拿來(lái)生成實(shí)體器官，差的還是不少的。
實(shí)體器官的功能，離不開(kāi)其中復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)，比如心臟的兩房?jī)墒?個(gè)瓣膜、肝臟的肝小葉、脾中的脾索和脾血竇、肺中交織在一起的血管和氣道、腎臟的腎單位，乃至血管中定向開(kāi)啟的瓣膜，都是這些器官發(fā)揮功能必不可少的結(jié)構(gòu)。
心肺的血管鑄形
為了制作出這些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，研究人員選擇了三維光刻技術(shù)，通過(guò)光照使光敏樹(shù)脂局部聚合，打印出特定的結(jié)構(gòu)。相比逐點(diǎn)打印的傳統(tǒng)噴墨式3D打印，三維光刻可以同時(shí)處理幾百萬(wàn)個(gè)體素，再輔以檸檬黃遮光，打印的效率和精度都大幅提高了。
光說(shuō)不練假把式，研究人員先用三維光刻打印了一小段帶瓣膜的血管，小試牛刀一下。
血流順著瓣膜單向流動(dòng)，初步的嘗試成功了，來(lái)給自己鼓個(gè)掌！接下來(lái)就要挑戰(zhàn)一下更高的難度了。肺臟中有血管和氣道這兩套互相糾纏在一起，又不互通的管道，三維光刻能完成嗎？
再往里灌上不同顏色的液體看看互不互通。 兩套不互通的管道看來(lái)是沒(méi)問(wèn)題，接下來(lái)就是氧合了。暗紅色的無(wú)氧血液流進(jìn)去，鮮紅色的富氧血液流出來(lái)。不過(guò)肺里面完成氣體交換的可不是這么一根管子，是肺泡和周圍的毛細(xì)血管網(wǎng)。
這樣的肺泡再多組裝幾個(gè)就是個(gè)肺臟了。除了肺，研究人員還嘗試制作了一小塊肝。水凝膠包裹的肝細(xì)胞中白蛋白啟動(dòng)子的活性比單細(xì)胞狀態(tài)高出了60倍！同時(shí)由于總粒徑超過(guò)了組織工程三維光刻儀的體素大小，研究人員還構(gòu)建了一個(gè)更為高級(jí)的載體，把這些被水凝膠包裹的肝細(xì)胞附著在天然的纖維蛋白上，其間也留有作為血管的空隙。
隨后，研究人員向空隙中種入了人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞，然后將這一小塊“肝臟”植入了慢性肝損傷的小鼠體內(nèi)。14天后，這些植入的“肝臟”中依然可以檢測(cè)到活躍的白蛋白啟動(dòng)子，其中的肝細(xì)胞成功存活！
論文共同通訊作者Stevens教授表示：“組織工程學(xué)在這方面已經(jīng)掙扎了一代人的時(shí)間。有了這項(xiàng)研究，我們現(xiàn)在可以更好地問(wèn)，‘如果我們能打印出看起來(lái)甚至呼吸起來(lái)更像我們身體健康組織的組織，那么它們的功能是否也會(huì)更像那些組織？’這是一個(gè)重要的問(wèn)題，因?yàn)榻M織功能的好壞將會(huì)影響它作為一種治療方法的成功程度。”
來(lái)源：奇點(diǎn)網(wǎng)
