在体外培育功能性人体器官是器官移植医学领域长期以来寻求的“圣杯”,但至今仍未实现。哈佛大学威斯生物启发工程研究所和约翰·A·保尔森工程与应用科学学院 (SEAS) 的最新研究使这一探索更接近完成。
一组科学家发明了一种新方法,可以 3D 打印血管网络,这种血管网络由相互连接的血管组成,血管具有独特的“外壳”,由平滑肌细胞和内皮细胞组成,围绕着一个空心“核心”,液体可以通过这个“核心”流动,嵌入人体心脏组织内。这种血管结构与自然血管非常相似,代表着在制造可植入人体器官方面取得了重大进展。
该成果发表在《先进材料》杂志上。
“在之前的工作中,我们开发了一种新的 3D 生物打印方法,称为‘功能组织中的牺牲性书写’ (SWIFT),用于在活细胞基质内图案化空心通道。在此基础上,我们在此方法的基础上引入了同轴 SWIFT (co-SWIFT),它重现了天然血管中的多层结构,使其更容易形成互连的内皮,并且更坚固以承受血流的内部压力,”第一作者 Paul Stankey 说道,他是 SEAS 的研究生,在共同资深作者和 Wyss 核心教员 Jennifer Lewis 的实验室工作,理学博士。
该团队开发的关键创新是一种独特的芯壳喷嘴,它具有两个独立可控的流体通道,用于构成打印血管的“墨水”:基于胶原蛋白的壳墨水和基于明胶的核心墨水。喷嘴的内部核心腔略微延伸到壳腔之外,因此喷嘴可以完全刺穿先前打印的血管,以创建互连的分支网络,通过灌注为人体组织和器官提供足够的氧气。通过改变打印速度或墨水流速,可以在打印过程中改变血管的大小。
为了确认新的 co-SWIFT 方法有效,该团队首先将多层血管打印到透明颗粒状水凝胶基质中。接下来,他们将血管打印到最近创建的 uPOROS 基质中,该基质由多孔胶原基材料组成,可复制活体肌肉组织的致密纤维结构。他们能够在这两种无细胞基质中成功打印分支血管网络。打印这些仿生血管后,加热基质,导致基质和壳墨水中的胶原蛋白交联,牺牲明胶芯墨水融化,使其易于去除,从而形成开放、可灌注的血管系统。
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