科學家：突破性3D生物印表機使人造組織成為可能

據外媒New Atlas報道，在未來可能會導致人造移植器官和複雜的再生療法的一個舉措中，由生物工程師Ali Khademhosseini領導的加州大學洛杉磯分校的一個團隊開發了一種使用多種材料列印複雜生物組織的新技術。該團隊使用經過特殊改造的3D印表機，有望在將來按需創建治療性生物材料。

器官移植和其他高級組織治療面臨著看似無法逾越的瓶頸。只有有限數量的器官供體或其他生物材料來源，並且即使在最好的情況下，器官和組織也不會完全與受體相容，並且可能不適合用於目的。理想情況下，生物工程師想要完全繞過常規來源並在實驗室中培養器官和組織。這不僅可以為醫療界提供無限量的健康無菌材料，還可以讓醫生和外科醫生根據他們的要求製作生物材料。

麻煩的是，活組織與許多不同類型的細胞、血管、神經和機械結構作用後非常複雜。嘗試在培養皿中培養一顆心臟，將一些心肌細胞與營養物質混合在一起，你將得到的是很快會停止分裂的細胞。

另一種方法是用聚（乙二醇）聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA）和明膠-甲基丙烯醯(GelMA)等生物相容材料建立一個支架。這種模仿活體組織結構的支架就像嬰兒體內的軟骨一樣。剛出生時，嬰兒的骨骼中的大部分都是軟骨，但隨著它的生長和成熟，骨骼組織將被替代。在人造組織中，引入幹細胞，其生長到支架中並替換它。

一種用於創建這些支架的技術被稱為自動立體平版列印法。這是一個基於光的過程，其中與3D印表機一起放置與幹細胞混合的水凝膠，當光束引起分子鍵形成時，使凝膠硬化。

由Khademhosseini設計的生物印表機基於這種技術，但它也包含了一個關於微晶元大小和形狀的定製微流控晶元。這具有多個入口，因此它一次可以使用多種細胞注入材料進行列印。加州大學洛杉磯分校研究人員表示，在操作過程中，自動反光鏡為被列印物體的每一層創建一個圖案，同時光線能夠凝固凝膠。目前，印表機使用四種「生物墨水」，但這個數量可以擴大。

到目前為止，印表機已被用於創建簡單的形狀、肌肉組織和肌肉骨骼結締組織的3D模擬，以及帶有血管的假腫瘤。此外，這些結構已被植入大鼠而沒有出現排異反應。

Khademhosseini表示：「組織結構非常複雜，因此為了設計出功能正常的人工版本，我們必須重新創建它們的複雜性。我們提供了一種新方法，通過構建由不同材料製成的複雜生物相容性結構來實現。」

該研究由美國海軍研究辦公室和美國國家衛生研究院資助，發表在《Advanced Materials》雜誌上。

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