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加州大學圣地亞哥分校的生物工程師開發(fā)了一種易于使用的3D生物打印技術(shù)，用天然材料制作逼真的器官組織模型。作為概念驗證，加州大學圣地亞哥分校的3D打印血管網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)⑷橄侔┠[瘤保持在體外，并且是血管化人體腸道的模型。

（L-R）：生物工程研究生Michael Hu和本科生Xin Yi（Linda）Lei使用他們團隊的新3D生物打印技術(shù)構(gòu)建血管化腸道模型。 

研究人員表示，目標不是制造可以植入體內(nèi)的人造器官，而是制造易于生長的人體器官模型，可以在體外研究或用于藥物篩選。

“我們希望讓日常科學家更容易 - 他們可能沒有其他3D打印技術(shù)所需的專業(yè)化 - 制作他們正在研究的任何人體組織的3D模型，”第一作者，生物工程博士生Michael Hu說。他是加州大學圣地亞哥分校雅各布工程學院的學生。 “模型將比標準的2D或3D細胞培養(yǎng)更先進，并且在測試新藥時與人類更相關(guān)，目前在動物模型上進行。”

為了建立一個活的血管網(wǎng)絡(luò)，研究人員首先使用Autodesk數(shù)字化設(shè)計一個支架。研究人員使用商用3D打印機，用稱為聚乙烯醇的水溶性材料打印腳手架。然后，他們將厚厚的涂層 - 由天然材料制成 - 倒在支架上，讓它固化，然后將支架材料沖洗到內(nèi)部以形成中空血管通道。接下來，他們用內(nèi)皮細胞覆蓋通道內(nèi)部，內(nèi)皮細胞是排列在血管內(nèi)部的細胞。最后一步是使細胞培養(yǎng)基流過血管以保持細胞存活和生長。

血管由體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的天然物質(zhì)制成，如纖維蛋白原（一種在血凝塊中發(fā)現(xiàn)的化合物）和基質(zhì)，一種可商購的實際哺乳動物細胞外基質(zhì)形式。

然而，發(fā)現(xiàn)合適的材料是最大的挑戰(zhàn)之一，該研究的共同作者、生物工程本科生辛毅（琳達）雷表示。 “我們想要使用天然材料而不是合成材料，因此我們可以盡可能地制作與身體內(nèi)部物品盡可能接近的材料。他們還需要能夠使用我們的3D打印方法。”

Ami Dailamy是馬里實驗室的生物工程研究生，他設(shè)計了一個3D打印支架

在一組實驗中，研究人員使用打印的血管來保持乳腺癌腫瘤組織在體外存活。 “我們的希望是，可以運用我們的系統(tǒng)制作可用于測試體外抗癌藥物的腫瘤模型，”胡說。他們從小鼠中提取腫瘤碎片，然后將一些碎片嵌入打印的血管網(wǎng)絡(luò)中。其他部分保存在標準3D細胞培養(yǎng)物中。三周后，封裝在血管印跡中的腫瘤組織保持活著。與此同時，那些處于標準3D細胞培養(yǎng)中的細胞大部分已經(jīng)死亡。

在另一組實驗中，研究人員創(chuàng)建了血管化腸道模型。該結(jié)構(gòu)由兩個通道組成。一個是直腸管，內(nèi)襯腸上皮細胞以模仿腸道；另一個是血管通道（內(nèi)襯細胞），在腸道周圍盤旋。目的是重建一個被血管網(wǎng)絡(luò)包圍的腸道。然后給每個通道提供針對其細胞優(yōu)化的培養(yǎng)基。在兩周內(nèi)，這些頻道開始呈現(xiàn)更逼真的形態(tài)。例如，腸道已經(jīng)開始發(fā)芽絨毛，絨毛是腸壁內(nèi)側(cè)的微小指狀突起。

“通過這種策略，我們可以開始在離體環(huán)境中制造復雜、長壽的系統(tǒng)。未來，這可能取代動物用于制造這些系統(tǒng)，這就是正在做的事情，”馬里說。

“這是一個概念證明，表明我們可以將不同類型的細胞組織在一起，如果我們想要在體內(nèi)模擬多器官相互作用，這很重要。在一個打印品中，我們可以創(chuàng)建兩個不同的局部環(huán)境，每個環(huán)境保持不同活著的細胞類型，并放在一起足夠接近，以便它們可以相互作用，“胡說。

該研究最近發(fā)表在Advanced Healthcare Materials上，未來的工作將集中在優(yōu)化打印血管和開發(fā)更接近模仿體內(nèi)血管化腫瘤模型。