納米工程師利用3D列印技術快速製造出仿生血管網路

近日，以加州大學聖地亞哥分校陳少晨（音）教授為首的納米工程研究團隊解決了生物組織工程中最大的挑戰：製造出可為組織和器官供血的逼真的血管，用於輸送營養物質、代謝產物和其它生物材料，為器官安全植入體內打下重要基礎。這項研究近日發表在《生物材料》期刊上。

加州大學聖地亞哥分校納米工程學教授陳少晨

此前，已經有其他實驗室的研究人員使用不同的3D列印技術製造人工血管，但利用這些技術列印速度慢、價格昂貴，而且只能生產單一血管這樣的簡單的生物結構，這些列印的血管還不能與人體自身的血管系統兼容。

「幾乎所有的組織和器官都需要血管供血才能正常生存和工作。這是在器官移植的一大瓶頸，需求量大，但供應不足，」 陳少晨說，「3D生物印刷技術可以幫助解決這一難題，我們的實驗室已經朝著這一目標邁出了重要一步。」陳教授是加州大學聖地亞哥分校納米生物材料和組織工程實驗室主任。

陳少晨教授的實驗室3D列印出的血管網路具有很多分支血管，可以與人體自身的血液循環網路實現兼容整合。

陳少晨教授研究小組開發出了一種創新的生物列印技術，利用自製的3D印表機，快速生成複雜的三維微觀組織，可模擬生物組織的複雜的設計和功能。陳少晨教授實驗室過去已經利用這種技術列印出肝組織，在體內可以檢測和清除毒素。

研究小組使用醫學影像技術創建了一個與動物體內血管網類似的三維生物結構數字模型，然後利用計算機將其分解成數以百萬計的二維薄層。利用計算機控制紫外光照射到含有活細胞和光敏聚合物的溶液中，使聚合物固化，活細胞則附著在聚合物周圍，形成一層含有活細胞的二維聚合物層。通過連續掃描的形式，二維聚合物層逐層累積，逐漸形成三維固體聚合物材料封裝活細胞結構，最終發展成生物組織。

整個過程僅需幾秒鐘。相比於其他的3D列印技術通常需要數小時來列印簡單的結構，這是一個巨大的進步。而且，該團隊使用的是廉價的生物相容性材料。

基於他們研發的生物3D列印技術，研究人員印製出了一個含有血管內壁內皮細胞的血管結構，這個結構尺寸為4毫米×5毫米×0.6毫米。研究人員將該結構在體外培養了一天，然後將產生的組織移植到小鼠皮膚傷口。兩周後，研究人員檢查了植入物，發現這些植入物已經成功地與小鼠自身的血管網路形成一體，使血液正常循環。

陳少晨指出，目前植入的血管還不完全具備天然血管的所有功能，例如交換輸送營養物質及廢物。」

陳少晨教授和他的研究團隊正在致力於利用人類誘導多能幹細胞建立傷病人特異性組織，從而防止移植的組織受到免疫系統攻擊。由於這些細胞來源於患者的皮膚細胞，研究人員不需要額外從身體內部提取細胞來建立新的組織。團隊的最終目標是將這項成果應推向臨床試驗。」至少需要幾年才能達到這一目標，」陳少晨表示。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！