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突破3D打印細胞營養輸送難題

 
 

 

器官打印,即用3D打印方法,將含有細胞的生物墨水進行一層層3D列印的精確可控沉積,構造出含有細胞的三維結構,再加以後續培養,從而獲得想要的組織。如果3D打印人造器官徹底實現,那麼當前器官移植的巨大缺口將得到緩解;科學家還可以直接用人造器官作前期藥物篩選實驗。

 

然而,RP打印活物遠比打印一般的三維模型困難許多。該研究通訊作者賀永說,擺在器官打印面前的難題包括“三座大山”:尋找合適的凝膠材料,把細胞包裹打樣起來打樣品印成型;組織打印成型後,如何輸送營養,實現體外培養;培養過程中,如何調控培養環境使得獨立的細胞個體融合成功能性組織。

 

據介紹,目前的器官打印受限於營養輸送問題,導致很多區域營養難以有效輸送,導致後續的培養失敗,因此器官尺寸無法擴大。“組織內遍布纖細的血管,它們是輸送營養的流道。我們要在體外重構這些血管。”賀永解釋說。由於凝膠材料非常軟,現有思路多為先打印組織,再構造流道的“二次打印”法,效果不夠理想。

 

賀永課題組的思路是,同時打印組織結構和營養輸送流道——即一次成型。在一次實驗中,他們偶然發現使用同軸噴頭擠中空凝膠絲時,擠出的兩條凝膠絲可以融合在一起,並具有一定的強度。受此啟發,課題組用了一年的時間,嘗逆向工程試基於中空凝膠纖維進行器官打印。目前系列實驗已證明了這一工藝的可靠性和優越性:流道不但能穩定輸送營養,還能讓大分子營養物質滲透到細胞中去。

 

“我們的這一工藝將為接近真實尺寸的器官制造提供可能。”賀永說,這一方法還可以廣泛應用於片上器官、凝膠基微流控芯片、細胞傳感器芯片、藥物篩選芯片等領域。

 

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