浙江大學(xué)研發(fā)“黑科技”,，讓3D打印迷你器官不再是夢(mèng)！

自3D打印技術(shù)面世以來(lái),，在科學(xué)家魔術(shù)般的雙手里不斷推陳出新,，據(jù)南極熊了解，近日,，浙江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院賀永教授課題組發(fā)明了一種新型生物3D打印方法,。該方法能夠操控不同種類的細(xì)胞形機(jī)械成特定結(jié)構(gòu)的微球，進(jìn)而長(zhǎng)成具有生物活性的微組織,，將為體外重建類器官,，為開(kāi)發(fā)更為高效的器官芯片、實(shí)施更有效的細(xì)胞治療等提供有效路徑,。

相關(guān)論文Airflow‐Assisted 3D Bioprinting of Human Heterogeneous Microspheroidal Organoids with Microfluidic Nozzle近日作為封底論文刊登在WILLY旗下的SMALL雜志上,。通訊作者為賀永教授、機(jī)械工程學(xué)院的傅建中教授和基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院的歐陽(yáng)宏偉教授,。

挑戰(zhàn)——活性生物組織結(jié)構(gòu)剖析
如果有一天,，人類能夠自由制造人體“零件”，更換器官就像更換電池一樣方便,，器官移植的來(lái)源就不再成為問(wèn)題,。但要真正實(shí)現(xiàn)活體器官的3D打印，路途還是有點(diǎn)遠(yuǎn),。在3D打印的“初級(jí)階段”,，人類已經(jīng)能夠精準(zhǔn)地打印牙齒、骨骼等組織結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的零部件,，并應(yīng)用于臨床,。顱骨損傷的病人，也可以通過(guò)3D打印頭蓋骨實(shí)現(xiàn)整形,。如果要把打印目標(biāo)擴(kuò)展到人體所有“零件“,，挑戰(zhàn)就大多了。

首先,，你要保證人造器官能夠適應(yīng)人體的力學(xué)環(huán)境,，不能太硬、太軟或者塌陷；其次,，器官要能夠存活并發(fā)揮特定的功能。比如,，盡管3D打印的心臟“模型”已經(jīng)很多,，但至今沒(méi)有一個(gè)真正的3D打印心臟能夠成功植入生物體。“我們?cè)囋嚹芊裣葘?shí)現(xiàn)一個(gè)小目標(biāo),，打印生物活性的微組織,。”賀永說(shuō),。

天然的生物組織比我們想象的復(fù)雜,。比如血管是由成纖維細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞,、內(nèi)皮細(xì)胞等組成的復(fù)雜結(jié)構(gòu),。平滑肌維持了血管的彈性，內(nèi)皮細(xì)胞分泌生長(zhǎng)因子防止血液凝固,�,！叭绻�要‘打印’血管，就需要將不同的��(xì)胞打印到一起,，形成特定的結(jié)構(gòu),。”賀永說(shuō),。三年前,，課題組開(kāi)始了嘗試。

靠一股氣,，螺螄殼里做道場(chǎng)
科學(xué)家將不同的細(xì)胞分別用水凝膠包裹制成“生物墨水”,，在一個(gè)微流控芯片噴頭的控制下，一點(diǎn)點(diǎn)“吐”出多組分細(xì)胞微滴,。

“用這臺(tái)機(jī)器,，我們‘打’出了血管化的骨組織�,！辟R永說(shuō),，他們第一次用兩種分別混合了骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞和人臍帶靜脈內(nèi)皮細(xì)胞的“生物墨水”，同步打印出了帶螺旋形的微球,。其中,，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞可定向分化為成骨細(xì)胞，內(nèi)皮細(xì)胞會(huì)形成血管化細(xì)胞,。經(jīng)過(guò)幾天實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng),，呈螺旋形血管化的成骨類器官就形成了。

用這種方法，實(shí)驗(yàn)室還做出了玫瑰花,、帶螺旋的微球,、太極等造型的顆粒，直徑在200微米左右,�,？傊�，可以操縱細(xì)胞任意形成特定的“隊(duì)形”,。

“生物墨水”的組分之一水凝膠是有名的“軟”物質(zhì),，要對(duì)這么軟的材料進(jìn)行精準(zhǔn)操控，是一項(xiàng)頗為艱巨的挑戰(zhàn),。課題組用一陣“風(fēng)”巧妙解決這個(gè)難題：在一股微氣流的吹動(dòng)下,，噴頭吐出的液滴不會(huì)馬上落下，而是會(huì)旋轉(zhuǎn)起來(lái),，此時(shí)再根據(jù)數(shù)學(xué)建�,？刂撇煌�組分生物墨水下降的方向，就能形成精致的立體結(jié)構(gòu),。這個(gè)過(guò)程,，有點(diǎn)像我們?cè)谵D(zhuǎn)動(dòng)的蛋糕模具上裱花，讓不同細(xì)胞形成特定的立體“編隊(duì)”,。

“這一技術(shù)的精度可以達(dá)到單細(xì)胞分辨率”賀永說(shuō),，與現(xiàn)有生物制造方法相比，其特點(diǎn)是首次實(shí)現(xiàn)了在微小空間內(nèi)三維結(jié)構(gòu)的可控成型,，為體外重建復(fù)雜類器官提供了新思路,。

有望應(yīng)用于器官芯片、細(xì)胞治療
“我們可以構(gòu)造出具有活性的迷你生物組織,，用于藥物篩選的器官芯片”,，賀永說(shuō)，另一個(gè)用途是細(xì)胞治療,。當(dāng)前細(xì)胞治療的一大難點(diǎn)在于直接注射的細(xì)胞容易被自身的免疫細(xì)胞吞噬,，因此只對(duì)某些特定的疾病有效�,！拔覀兓蛟S能可以打印出具有特定功能的細(xì)胞微球,，細(xì)胞抱團(tuán)在血管中行進(jìn)，就不怕被吃掉,，而且一到目的地可以馬上發(fā)揮作用,。”賀永說(shuō),。

浙大一位從事生物學(xué)研究的教授認(rèn)為,，這項(xiàng)研究在醫(yī)學(xué)上很有意義：目前人類的技術(shù)已經(jīng)可以通過(guò)干細(xì)胞培養(yǎng)出各種類型的細(xì)胞，但接下來(lái)，我們還需要讓這些細(xì)胞形成特定的組織結(jié)構(gòu),�,！吧�物體內(nèi)的細(xì)胞與細(xì)胞之間有豐富多樣的連接方式，它們并不是‘一鍋粥’,，因此,，怎樣讓細(xì)胞形成不同的層次，組織,、甚至器官，是一項(xiàng)非常重要的課題,�,！�

來(lái)源：浙江大學(xué)