根据(jù)美国器官(guān)共享网络(UNOS)——管理全(quán)国器官移植系统的非营(yíng)利组织的(de)数据显示,在美国平均(jun1)平均每天有20人死(sǐ)于等待器官移(yí)植(zhí)。虽然现在(zài)每年(nián)有超(chāo)过3万例移植手术(shù),但是还(hái)有超过11.3万名患者在等(děng)候器官移植。所以人工(gōng)制(zhì)造的人体器官(guān)已被视为解(jiě)决这个问(wèn)题的重要途径之一。
打(dǎ)印(yìn)出“自行跳动的(de)心脏”
目前来看,实(shí)验室里已可以人工(gōng)培(péi)育(yù)出具备所需功能的细胞、脉管系统。这(zhè)些(xiē)人工(gōng)培(péi)育的人体器官(guān)被许多人视为能解决上述这种移植器官短缺问题的重要途径,3D打印的进步大大地提高(gāo)了这(zhè)种(zhǒng)活体组织构造人工培育水平。然(rán)而,迄今为止所(suǒ)有(yǒu)3D打印的人体组织仍(réng)存在缺陷,比如它们缺乏用于器(qì)官修复和替换所需的细胞密度以及某些(xiē)功能(néng)性(xìng)。
美国哈佛大(dà)学Wyss生物启发(fā)工(gōng)程研(yán)究所和John A. Paulson工程与应(yīng)用科学学院(SEAS)的(de)研究(jiū)人员共(gòng)同研发了一种叫SWIFT(sacrificial writing into functional tissue)的(de)方法。它可以通过将血管(guǎn)通(tōng)道网络(luò)直(zhí)接(jiē)用3D打(dǎ)印的方法(fǎ)打印到活体器官(guān)的(de)3D构建(jiàn)模(mó)块中,以此来解决一些现存(cún)问题,甚至能够创建出更近似于器官大小且具备相应功能(néng)的较(jiào)大组织结构,比如在七(qī)天内仍(réng)能自行跳动的(de)心脏组织。
构(gòu)建活体组织(zhī)的“血管”
SWIFT是一种(zhǒng)全新的组织制造模式,它能够打(dǎ)印含有大量干细胞衍(yǎn)生出的器(qì)官(guān)构(gòu)建模块,能打印出构建(jiàn)活体组(zǔ)织所必需的血(xuè)管系统,它已(yǐ)不仅仅(jǐn)只是(shì)打印(yìn)一个个微小的细(xì)胞。而它(tā)的运(yùn)作过程相对简(jiǎn)单,只(zhī)有两(liǎng)个步骤:第一步,将数十(shí)万个由干细胞衍(yǎn)生的聚集体形成(chéng)一(yī)个密集(jí)的活(huó)体基(jī)质构建模块——这种基质每毫升含有约2亿(yì)个(gè)细(xì)胞。第二步,将氧和其(qí)他(tā)营养物通过打印的血管(guǎn)系统输送到细胞内部,然后将这个血管系统嵌入活体基(jī)质(zhì)构建模块中。从这些模块中形成的(de)最(zuì)终出品(pǐn)物,不仅能达到类似于人体器官的高细(xì)胞密度,其(qí)基质的黏度还(hái)能够保证其内部可以(yǐ)放入3D打印出的可持续灌注营(yíng)养物质及氧的血(xuè)管系统,以模仿真(zhēn)正(zhèng)的人体器官。
在这项技术中,研究人员能够将通道的直径从400微米变为(wéi)1毫米,并(bìng)将它们无缝连接,形成组织(zhī)内的分支血管(guǎn)网络。所以使用SWIFT技术(shù)嵌入的血管系统能以这(zhè)种方式“存活”。如果(guǒ)没有这些血管(guǎn)系(xì)统,这种组织结(jié)构(gòu)12小时内(nèi)可能已开始经(jīng)历细胞批量死亡。
研究人员表示,把干(gàn)细胞研究人(rén)员的最新进展与(yǔ)新开发的生物(wù)打印方法(fǎ)相结(jié)合,SWIFT技术(shù)就将(jiāng)极大地推动全球人体器官工程(chéng)领域的(de)发(fā)展,朝着在(zài)体外创造功能性人体器官的目标迈(mài)出一大步。这项研究最终有(yǒu)可能大大改善(shàn)器官(guān)工程(chéng),并成功延长许多自身器官衰竭的患(huàn)者(zhě)的寿命(mìng)。
目前研究人员正在尝试将这些人造组(zǔ)织植入动(dòng)物模型体内,并探索它们的“宿主整合”过程。它正是(shì)“3D器官工程计划”的(de)一个重要部分(fèn)。