哈佛与麻省理工3D打印带血管的肝脏芯片

在体内,具有相似功能的组织在器官中组合在一起,例如脑,心脏或胃。器官还含有支持细胞,包括神经,血管和结缔组织。器官的3D结构为细胞提供生物,结构和机械支持,影响它们如何生长并对药物等外部刺激做出反应。Yu Shrike Zhang及其同事希望看到他们是否可以将3D打印和细菌纤维素结合起来,为人工器官提供支撑,然后再填充细胞。纤维素是由植物,藻类和一些细菌制成的多糖,是用于制造纸张的低成本材料。

人体组织和器官都是数以万计的细胞组成的。比如心脏是由比较单一的心肌细胞组成的,而肾脏则细胞种类较多,仅肾小球中就有:血管内皮细胞,肾小囊壁层上皮细胞,肾小囊脏层上皮细胞,系膜细胞。千里之行始于足下,人体器官3D打印亦不例外,不论构成他们的细胞种类有多少,都要从培养细胞做起。

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bf598 ,该研究展示了在几分钟内生产的单片透明水凝胶,包括有效的血管内3D流体混合器和功能性二尖瓣。 也进一步阐述了来自空间填充的纠缠血管网络,并探讨了人体红细胞的氧合和流动。此外,他们在慢性肝损伤的啮齿动物模型中植入结构化可生物降解水凝胶载体,显示出这种材料强大的转化应用潜力。信息来源:Science 杂志主页。

为了创建乳腺肿瘤模型,研究人员将3D打印的凡士林石蜡油墨打印成细菌纤维素水凝胶。然后,他们将水凝胶风干,使其变成多孔的和纸状的。当它们加热墨水时,它会液化并易于清除,留下空心的微通道。研究小组将纸张脏器弄湿,并将内皮细胞(血管内的细胞类型)添加到微通道,并将乳腺癌细胞添加到结构的其余部分。研究人员表示,干燥的纸质器官可以长时间储存​​,然后再水化生成廉价的组织模型,这可能对药物筛选和个性化医疗有用。

然后将该微流体芯片放置在生物反应器内部,保持细胞生长和增殖的恒定条件。实验结果表明,“生物打印血管并与生物反应器的集成有助于创建更接近于现实的肝脏芯片,缩小体外和体内药物测试之间的差距。带血管的肝脏芯片有助于观察和预测微循环水平的药物毒性机制。

“我乐观估计我们离这一天大概还需要15年的努力。” 孙伟最后预测道。

脊椎动物的循环系统和肺系统包含独立的通道网络,这些通道交织在一起但彼此不连通。在细胞组织材料中重建这种结构一直是一项重大挑战; 甚至创造单个脉管系统都非常困难。将天然与合成食品染料作为光吸收剂,使其能够立体光刻生产含有复杂和功能性血管结构的水凝胶。用这种方法,研究者展示了用于流体混合器,瓣膜,血管间运输,营养物递送和宿主植入的功能性血管拓扑结构。

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撰文 | 孙一丹 汤佩兰

近日,由美国莱斯大学和华盛顿大学的科学家通过创新性的生物3D打印组织技术,使创造精美缠绕的血管网络,模仿人体对血液,空气,淋巴液和其他重要液体的自然通道成为可能。该成果被Science杂志5月3日作为封面发表。bf598 4 无数人等待器官捐献移植,可即便是有幸匹配到器官,接受捐赠器官的人依旧面临着终身服用免疫抑制剂药物以防止出现器官排异反应的窘境。理论上,生物打印可以从患者自己的细胞中打印代替器官以避免出现排异反应。但生产功能性组织替代品的最大障碍之一就是我们无法打印出复杂的血管系统,而密集的组织必需这些血管系统为其提供营养。

早在科学家在动物或人类中测试新药之前,他们就研究了这些物质对培养皿中生长的细胞的影响。然而,2D细胞层是器官组织中更复杂的3D结构的不良替代品。现在,研究人员在ACS期刊纳米快报上报道,他们使用3D打印机制作纸质器官,并配有人造血管,可以填充细胞。

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FRESH2.0 打印系统是基于胶原蛋白的成功利用而开发的。胶原蛋白在细胞质基质中起着维持细胞结构、提供粘附、传导信号等作用,是作为 “支架” 的理想材料。

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“3D打印” 最初是通过粘合剂材料作为 “墨水” 逐层堆积获得三维物体,近年来随着技术的发展和 “墨水” 种类的丰富,3D 打印技术被应用于越来越多的领域:小到服装玩具,大到汽车和航空航天材料。利用细胞、生长因子等生物活性材料作为 “墨水” 在水凝胶中打印的 “3D 生物打印” 在研发药物、制造器官中开始崭露头角,已有实验成功运用 3D 生物打印软骨组织修复膝关节软骨缺陷。但是目前为止仍然无法通过 3D 打印技术构建具有功能的整个器官。

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