加州大學(xué)圣地亞哥分校陳紹琛團隊Sci.Adv.：高細胞密度、高精度3D生物打�,�,！

來源：高分子科學(xué)前沿

科幻小說里常常暢想未來將擁有發(fā)達的醫(yī)療技術(shù)，即使一個人因為意外或疾病導(dǎo)致器官損壞,，也可以立即移植上一個新的器官并恢復(fù)健康,。而在現(xiàn)實中，器官移植始終受限于供體短缺的問題,，很多需要器官移植的患者在等待器官供體的過程中耗盡了生命。即使幸運地得到了器官移植,，免疫排斥反應(yīng)也始終是懸在患者頭頂?shù)倪_摩克利斯之劍,。

今天，科學(xué)家們正在研究生物3D打印技術(shù),。這項技術(shù)是使用模擬細胞間質(zhì)的生物材料和生物活細胞作為原料,，以生物組織和器官為藍圖，制造“活”的人造組織和器官的技術(shù),。人造組織和器官現(xiàn)已應(yīng)用于測試藥物的安全性和有效性,，尤其是，使用患者自身病變部位的細胞制造的人造組織和器官在判斷藥物和療法對該患者的療效方面具有無可比擬的優(yōu)勢,。在未來,，人造組織和器官也可以用于輔助組織再生或器官移植，既避免了供體不足的問題,，也因使用患者自身細胞制造器官從而不會造成免疫排斥反應(yīng),。

盡管未來可期，這項技術(shù)目前還面臨著很多挑戰(zhàn),。比如說,，目前人造組織內(nèi)含有的細胞密度比真實的動物器官的細胞密度低2個數(shù)量級以上。還有,，目前的加工技術(shù)的分辨率還難以在高細胞密度的人造組織內(nèi)加工出血管網(wǎng)絡(luò)來,。

如果把器官比作一個城市的話，那么一個健康的器官就像一個大都會,，可以高效地產(chǎn)出產(chǎn)品和服務(wù),。一旦人口密度低于一定的閾值，那么信息交流和物質(zhì)運輸將被阻斷,，該地區(qū)的每一個人都只顧得上自己的生存而無法對外提供產(chǎn)品和服務(wù),。而血管就像城市的道路，缺少了血管網(wǎng)絡(luò),，居民必須的供給將得不到供應(yīng),，整座城市會陷入饑荒�,？梢�,，一個低細胞密度,、缺少血管網(wǎng)絡(luò)的人造組織或器官難以精確地模擬正常的器官對于藥物的反應(yīng)，更無法用于器官移植,。

加州大學(xué)圣地亞哥分校的陳紹琛團隊最近研發(fā)了一種新技術(shù),，使得加工高細胞密度、具有血管網(wǎng)絡(luò)的人造組織或器官成為可能,。研究者分析了基于光固化的生物3D打印技術(shù)無法實現(xiàn)高細胞密度,、高分辨率加工的原因，認為細胞導(dǎo)致的光的散射是主要因素,。因此,，研究者使用一種生物兼容性極好的添加劑（iodixanol）來調(diào)節(jié)生物材料的折射率，使其與細胞質(zhì)的折射率一致,，從而將散射大幅削減到原有水平的十分之一,。

圖：生物材料折射率調(diào)整前（上）和調(diào)整后（下）的散射效果對比。

順利解決了散射問題后,，研究者證明了在高細胞密度下（僅比真實的動物器官的細胞密度低1個數(shù)量級）該技術(shù)可以達到50微米的加工分辨率,。隨后，研究者加工出了一個具有血管網(wǎng)絡(luò)的人造組織并進行灌流培養(yǎng),。培養(yǎng)14天后,，免疫熒光染色的圖像表明，該組織內(nèi)不但在預(yù)先加工出的血管網(wǎng)絡(luò)里發(fā)生了內(nèi)皮化,，而且在原本沒有加工血管的地方發(fā)生了血管新生,，表明了該人造組織是健康的。

圖：含可灌流的血管網(wǎng)絡(luò)的人造組織,。

該工作已以High Cell Density and High Resolution 3D Bioprinting for Fabricating Vascularized Tissues為標題發(fā)表在Science Advances上（DOI: 10.1126/sciadv.ade7923）,。