奇跡,！《科學(xué)》封面：3D打印會“呼吸”的人造器官,，還沒有一枚硬幣大

來源： 學(xué)術(shù)經(jīng)緯,、Science

南極熊導(dǎo)讀：最近,，3D打印人體器官方面不斷取得進(jìn)展,，2019年4月份,，央視報道了以色列科學(xué)家創(chuàng)造了一種血管化的人類心臟——使用3D打印機(jī)將患者的人體組織結(jié)合起來,。5月份，美國科學(xué)家在《科學(xué)》雜志發(fā)表重磅論文,，3D打印成功模擬肺功能,。

原文：近日，《科學(xué)》雜志刊登了一篇具有里程碑意義的重磅論文,。由美國萊斯大學(xué)（Rice University）與華盛頓大學(xué)（University of Washington）主導(dǎo)的一項研究克服了“3D打印器官”的一大障礙,，有望為器官移植格局帶來革命性的變化。憑借其重要性,，該研究也榮登本期《科學(xué)》雜志封面,。

圖中展示的是一個由水凝膠3D打印而成，模擬肺功能的氣囊,。它能夠像肺部一樣,，朝周圍的血管輸送氧氣。這一看似簡單的功能,，卻曾是“3D打印器官”難以逾越的天塹,。

“在制造具有功能的組織替代品時,，我們面臨的一大攔路虎就是無法打印那些為組織輸送營養(yǎng)的血管，”本研究的通訊作者之一Jordan Miller教授說道：“此外,，人體內(nèi)的器官還有獨(dú)立的管道系統(tǒng),，比如肺部同時擁有氣道和血管，肝臟則同時擁有膽管和血管,。這些互相交織的管道網(wǎng)絡(luò)在生理和生化上相互聯(lián)系,，其結(jié)構(gòu)與其組織功能息息相關(guān)�,！比绾卧�3D打印器官的過程中兼顧多種不同的管道系統(tǒng),，便成為了科學(xué)家們的研究重點(diǎn)。

▲整個打印的“肺部”還沒有一枚硬幣大

為了解決這一問題,，這支團(tuán)隊使用了一種全新的3D打印技術(shù),。首先，按照電腦設(shè)計,，他們會將一個三維的復(fù)雜結(jié)構(gòu)分解為多層二維打印的藍(lán)圖,；其次，他們使用一種液體的水凝膠溶液按藍(lán)圖進(jìn)行打印,，并通過特殊的藍(lán)光將其逐層固化,。這樣一層一層堆積起來，就有了一個三維的凝膠結(jié)構(gòu),。研究人員們稱,，這些打印出的結(jié)構(gòu)性質(zhì)柔軟，生物可兼容,，且內(nèi)部有著精細(xì)的結(jié)構(gòu)（分辨率達(dá)10-50微米）,。更關(guān)鍵的是，在短短幾分鐘內(nèi),，我們就可以完成打印,。

順便說一個有趣的插曲。為了讓凝膠能夠有效吸收藍(lán)光,，方便固化,，研究人員們嘗試了多種方法。最終,，他們的選擇是一種食用色素……這來自于一名研究生的腦洞,。

▲從設(shè)計到打印的全過程

在多種模型里，研究人員們驗證了這一3D打印系統(tǒng)的可行性,。他們發(fā)現(xiàn),，這一打印的“血管結(jié)構(gòu)”本身具有足夠的硬度，不會因為血液流動而破裂。此外,，它也能承受對吸氣和呼氣的模擬,。在測試中，研究人員們欣喜地發(fā)現(xiàn),，當(dāng)紅細(xì)胞從這一系統(tǒng)打印出的“血管”中流過時,，能夠有效從呼吸的“肺部”中獲取氧氣，這與肺泡附近的氧氣交換如出一轍,。

在打印的肝臟組織中,，研究人員們植入了原代肝細(xì)胞，并將它們放入了帶有慢性肝損傷的小鼠體內(nèi),。研究表明,，這些肝細(xì)胞也能在體內(nèi)生存，表明打造的血管能有效為這些細(xì)胞輸送養(yǎng)分,。

▲未來，更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)有望得到應(yīng)用

“由于現(xiàn)有的瓶頸,，組織工程在我們這一代人里進(jìn)展甚微,，”本研究的另一名通訊作者Kelly Stevens教授說道：“這項工作能讓我們更好地了解，如果打印的組織能像健康組織一樣‘呼吸’,，它們在功能上是否也會更接近健康組織,。這是一個重要的問題。生物打印的組織能多有效,，直接影響了它能否成功成為一種療法,。”

《科學(xué)》雜志的專文介紹中,，直接將打印出的迷你器官稱為“小型奇跡”,。為了便于全球各地的科學(xué)家們使用這一技術(shù)，研究人員們決定將這一研究“開源”,。他們期待,，在這一技術(shù)的幫助下，人們能對3D打印器官產(chǎn)生更多理解,，最終促進(jìn)“人造器官”的加速上市,，造福廣大需要器官移植的患者。

論文原文：https://science.sciencemag.org/content/sci/364/6439/458.full.pdf

編輯：儲舒婷

責(zé)任編輯：許琦敏