易于使用的3D生物打印技术从天然材料中创造出栩栩如生的组织

易于使用的3D生物打印技术从天然材料中创造出栩栩如生的组织

美国加州大学圣地亚哥分校(University of California San Diego)的生物工程师开发出一种3D生物打印技术，这种技术利用天然材料，易于使用，让不同技术水平的研究人员能够制作出栩栩如生的器官组织模型。作为概念的证明，加州大学圣地亚哥分校的研究小组使用他们的方法创建了能够使乳腺癌肿瘤在体外存活的血管网络。他们还创建了一个血管化人体肠道模型。研究人员说，他们的目标不是制造可以植入人体的人造器官，而是制造易于生长的人体器官模型，以便在体外研究或用于药物筛选。

我们希望方便日常的科学家,他们可能没有其他3 d打印技术所需的专业化,使3 d模型的人体组织他们学习,这些模型将比标准的2D或3D细胞培养技术更先进，在新药测试方面更适用于人类，目前在动物模型上进行的测试也适用于人类。不需要任何复杂的东西就能把它应用到实验室希望多家实验室能够利用这项技术进行研究和实验。”它被采用得越多，就会产生越大的影响。

方法很简单。例如，为了构建一个活的血管网络，研究人员首先使用Autodesk数字设计了一个支架。利用商用3D打印机，研究人员用一种叫聚乙烯醇的水溶性材料打印出支架。然后，他们将一层由天然材料制成的厚涂层倒在支架上，让其固化，然后将支架内的材料冲洗出来，形成中空的血管通道。接下来，它们用内皮细胞覆盖通道的内部，内皮细胞是排列在血管内部的细胞。最后一步是将细胞培养基通过血管流动以保持细胞的存活和生长。这些血管是由人体中发现的天然物质制成的，如纤维蛋白原(血凝块中发现的一种化合物)和基质(一种商业上可用的哺乳动物细胞外基质形式)。找到合适的材料是最大的挑战之一。我们希望使用天然材料，而不是合成材料，这样我们就可以制造出尽可能接近人体的东西。他们还需要能够使用我们的3D打印方法。

在一组实验中，研究人员使用打印的血管使乳腺癌肿瘤组织在体外存活。他们从老鼠身上提取出肿瘤碎片，然后将其中的一些碎片植入打印出来的血管网络中。其他部分保存在标准的3D细胞培养中。三周后，包裹在血管印迹中的肿瘤组织仍然存活。与此同时，那些在标准3D细胞培养中的细胞大多已经死亡。对乳腺癌肿瘤模型研究特别感兴趣的胡教授说:“我们希望能够将我们的系统应用到肿瘤模型中，从而在体外测试抗癌药物。”“乳腺癌是最常见的癌症之一——它是研究最多的癌症之一，也是正在研发的最大的药物小组之一。”因此，我们能做的任何模型都将对更多的人有用。

在另一组实验中，研究人员创建了一个血管化的肠道模型。该结构由两个通道组成。一种是一种直管，内衬肠上皮细胞，模仿肠道。另一种是血管通道(内皮细胞内衬)，沿肠道通道螺旋排列。目的是重建一个被血管网络包围的肠道。然后给每个通道喂食为其细胞优化的培养基。两周内，这些频道开始呈现出更加逼真的形态。例如，肠道通道开始萌发绒毛，绒毛是一种微小的手指状突起，排列在肠壁内。“有了这种策略，我们可以开始在体外环境中制造复杂、长寿的生命系统。”在未来，这可能会取代使用动物来制造这些系统，这就是目前正在做的事情。

“这证明了我们可以把不同类型的细胞培养在一起，如果我们想模拟人体的多器官相互作用，这一点很重要。”在一次打印中，我们可以创建两个不同的本地环境，每个环境都保持不同类型的细胞存活，并且放置在足够近的地方，以便它们能够相互作用。

接下来，团队正在扩展和改进这项技术。未来的工作将集中在优化打印血管和发展血管化肿瘤模型，更接近地模拟那些在身体。