近日，以加州大學圣地亞哥分校陳少晨（Shaochen Chen）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(zhàn)：制造出可為組織和器官供血的逼真的血管，用于輸送營養(yǎng)物質(zhì)、代謝產(chǎn)物和其它生物材料，為器官安全植入體內(nèi)打下重要基礎。這項研究近日發(fā)表在《生物材料》期刊上。
加州大學圣地亞哥分校納米工程學教授陳少晨（ Shaochen Chen ）正在3D打印仿生血管網(wǎng)絡。
此前，已經(jīng)有其他實驗室的研究人員使用不同的3D打印技術制造人工血管，但利用這些技術打印速度慢、價格昂貴，而且只能生產(chǎn)單一血管這樣的簡單的生物結(jié)構(gòu)，這些打印的血管還不能與人體自身的血管系統(tǒng)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(jīng)朝著這一目標邁出了重要一步！标惤淌谑羌又荽髮W圣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打印出的血管網(wǎng)絡具有很多分支血管，可以與人體自身的血液循環(huán)網(wǎng)絡實現(xiàn)兼容整合。
陳少晨教授研究小組開發(fā)出了一種創(chuàng)新的生物打印技術，利用自制的3D打印機，快速生成復雜的三維微觀組織，可模擬生物組織的復雜的設計和功能。陳少晨教授實驗室過去已經(jīng)利用這種技術打印出肝組織，在體內(nèi)可以檢測和清除毒素。
研究小組使用醫(yī)學影像技術創(chuàng)建了一個與動物體內(nèi)血管網(wǎng)類似的三維生物結(jié)構(gòu)數(shù)字模型，然后利用計算機將其分解成數(shù)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(xù)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(jié)構(gòu)，最終發(fā)展成生物組織。
整個過程僅需幾秒鐘。相比于其他的3D打印技術通常需要數(shù)小時來打印簡單的結(jié)構(gòu)，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。
基于他們研發(fā)的生物3D打印技術，研究人員印制出了一個含有血管內(nèi)壁內(nèi)皮細胞的血管結(jié)構(gòu)，這個結(jié)構(gòu)尺寸為4毫米×5毫米×0.6毫米。研究人員將該結(jié)構(gòu)在體外培養(yǎng)了一天，然后將產(chǎn)生的組織移植到小鼠皮膚傷口。兩周后，研究人員檢查了植入物，發(fā)現(xiàn)這些植入物已經(jīng)成功地與小鼠自身的血管網(wǎng)絡形成一體，使血液正常循環(huán)。
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(yǎng)物質(zhì)及廢物！
陳少晨教授和他的研究團隊正在致力于利用人類誘導多能干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(tǒng)攻擊。由于這些細胞來源于患者的皮膚細胞，研究人員不需要額外從身體內(nèi)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！敝辽傩枰獛啄瓴拍苓_到這一目標，”陳少晨表示。
論文鏈接：http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961217300650
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