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3D打印血管使人造器官更接近现实

导读 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...

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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