易于使用的3D生物打印技術(shù)從天然材料中創(chuàng)造出栩栩如生的組織

美國加州大學圣地亞哥分校(University of California San Diego)的生物工程師開發(fā)出一種3D生物打印技術(shù)，這種技術(shù)利用天然材料，易于使用，讓不同技術(shù)水平的研究人員能夠制作出栩栩如生的器官組織模型。作為概念的證明，加州大學圣地亞哥分校的研究小組使用他們的方法創(chuàng)建了能夠使乳腺癌腫瘤在體外存活的血管網(wǎng)絡(luò)。他們還創(chuàng)建了一個血管化人體腸道模型。研究人員說，他們的目標不是制造可以植入人體的人造器官，而是制造易于生長的人體器官模型，以便在體外研究或用于藥物篩選。

我們希望方便日常的科學家,他們可能沒有其他3 d打印技術(shù)所需的專業(yè)化,使3 d模型的人體組織他們學習,這些模型將比標準的2D或3D細胞培養(yǎng)技術(shù)更先進，在新藥測試方面更適用于人類，目前在動物模型上進行的測試也適用于人類。不需要任何復(fù)雜的東西就能把它應(yīng)用到實驗室希望多家實驗室能夠利用這項技術(shù)進行研究和實驗?！彼徊捎玫迷蕉?，就會產(chǎn)生越大的影響。

方法很簡單。例如，為了構(gòu)建一個活的血管網(wǎng)絡(luò)，研究人員首先使用Autodesk數(shù)字設(shè)計了一個支架。利用商用3D打印機，研究人員用一種叫聚乙烯醇的水溶性材料打印出支架。然后，他們將一層由天然材料制成的厚涂層倒在支架上，讓其固化，然后將支架內(nèi)的材料沖洗出來，形成中空的血管通道。接下來，它們用內(nèi)皮細胞覆蓋通道的內(nèi)部，內(nèi)皮細胞是排列在血管內(nèi)部的細胞。最后一步是將細胞培養(yǎng)基通過血管流動以保持細胞的存活和生長。這些血管是由人體中發(fā)現(xiàn)的天然物質(zhì)制成的，如纖維蛋白原(血凝塊中發(fā)現(xiàn)的一種化合物)和基質(zhì)(一種商業(yè)上可用的哺乳動物細胞外基質(zhì)形式)。找到合適的材料是最大的挑戰(zhàn)之一。我們希望使用天然材料，而不是合成材料，這樣我們就可以制造出盡可能接近人體的東西。他們還需要能夠使用我們的3D打印方法。

在一組實驗中，研究人員使用打印的血管使乳腺癌腫瘤組織在體外存活。他們從老鼠身上提取出腫瘤碎片，然后將其中的一些碎片植入打印出來的血管網(wǎng)絡(luò)中。其他部分保存在標準的3D細胞培養(yǎng)中。三周后，包裹在血管印跡中的腫瘤組織仍然存活。與此同時，那些在標準3D細胞培養(yǎng)中的細胞大多已經(jīng)死亡。對乳腺癌腫瘤模型研究特別感興趣的胡教授說:“我們希望能夠?qū)⑽覀兊南到y(tǒng)應(yīng)用到腫瘤模型中，從而在體外測試抗癌藥物?！薄叭橄侔┦亲畛Ｒ姷陌┌Y之一——它是研究最多的癌癥之一，也是正在研發(fā)的最大的藥物小組之一。”因此，我們能做的任何模型都將對更多的人有用。

在另一組實驗中，研究人員創(chuàng)建了一個血管化的腸道模型。該結(jié)構(gòu)由兩個通道組成。一種是一種直管，內(nèi)襯腸上皮細胞，模仿腸道。另一種是血管通道(內(nèi)皮細胞內(nèi)襯)，沿腸道通道螺旋排列。目的是重建一個被血管網(wǎng)絡(luò)包圍的腸道。然后給每個通道喂食為其細胞優(yōu)化的培養(yǎng)基。兩周內(nèi)，這些頻道開始呈現(xiàn)出更加逼真的形態(tài)。例如，腸道通道開始萌發(fā)絨毛，絨毛是一種微小的手指狀突起，排列在腸壁內(nèi)?！坝辛诉@種策略，我們可以開始在體外環(huán)境中制造復(fù)雜、長壽的生命系統(tǒng)?！痹谖磥恚@可能會取代使用動物來制造這些系統(tǒng)，這就是目前正在做的事情。

“這證明了我們可以把不同類型的細胞培養(yǎng)在一起，如果我們想模擬人體的多器官相互作用，這一點很重要?！痹谝淮未蛴≈?，我們可以創(chuàng)建兩個不同的本地環(huán)境，每個環(huán)境都保持不同類型的細胞存活，并且放置在足夠近的地方，以便它們能夠相互作用。

接下來，團隊正在擴展和改進這項技術(shù)。未來的工作將集中在優(yōu)化打印血管和發(fā)展血管化腫瘤模型，更接近地模擬那些在身體。