華盛頓大學(xué)開發(fā)可重建復(fù)雜人體組織的3D打印設(shè)備STOMP

2025年5月25日，南極熊獲悉，由華盛頓大學(xué)與華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院組成的跨學(xué)科研究團隊開發(fā)了一種新型3D打印設(shè)備STOMP（懸浮組織開放微流體圖案化平臺）。該設(shè)備能夠高效、精準地構(gòu)建更復(fù)雜、更可控的人體組織模型，為生物醫(yī)學(xué)研究帶來新的突破。

△相關(guān)研究已發(fā)表在《Advanced Science》雜志上，題目為“懸浮組織開放微流體圖案（STOMP）”（傳送門）

技術(shù)研究背景

近年來，3D組織工程在制造速度和結(jié)構(gòu)精確性方面取得了顯著進展，正在成為研究各種疾病治療策略的關(guān)鍵平臺。STOMP的出現(xiàn)，為模擬多組織交互、重建細胞微環(huán)境提供了全新思路。

△懸浮組織開放微流體圖案（STOMP）裝置體積小巧，可輕松置于指尖，有望推動人體組織建模技術(shù)的發(fā)展，用于研究各種復(fù)雜疾病

STOMP裝置大小僅指尖般微型，設(shè)計理念基于華盛頓大學(xué)機械工程教授Nate Sniadecki團隊此前開發(fā)的雙柱懸浮組織系統(tǒng)，并融合了毛細作用控制的微流體通道與可降解水凝膠材料。研究人員可以通過該設(shè)備以任意幾何圖案布置多種細胞類型，從而在單一組織模型中實現(xiàn)空間隔離與區(qū)域差異化，模擬更復(fù)雜的病理狀態(tài)和組織界面，如心肌纖維化、神經(jīng)肌肉疾病、骨-韌帶連接等。

△用STOMP平臺生成單區(qū)域和多區(qū)域懸浮組織的工作流程

化學(xué)教授、聯(lián)合項目負責人Ashleigh Theberge表示：“STOMP利用了我們稱之為‘鑄造’的組織工程方法。就像把果凍倒入模具，再嵌入不同水果塊那樣，這種方式讓我們能夠按需精確布置細胞，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)與功能上的微觀控制。”

論文的兩位第一作者為醫(yī)學(xué)科學(xué)家項目博士生Amanda Haack和化學(xué)博士生Lauren Brown，聯(lián)合作者還包括化學(xué)工程與生物工程教授Cole DeForest以及口腔生物學(xué)教授Tracy Popowics。

△使用STOMP技術(shù)構(gòu)建的牙周韌帶放大圖。紅色部分為骨骼

研究結(jié)論

STOMP在兩個關(guān)鍵實驗中得到驗證：一是對比患病與健康工程心肌組織的收縮動力學(xué)差異，二是重建牙齒韌帶與牙槽骨之間的功能性連接結(jié)構(gòu)。實驗結(jié)果表明，該平臺不僅可用于基礎(chǔ)科研，也具備轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)潛力。

此外，DeForest團隊開發(fā)的可降解水凝膠側(cè)壁技術(shù)，為STOMP帶來了“非粘附”特性。傳統(tǒng)3D組織模型中，細胞在收縮時常導(dǎo)致組織整體脫模，而STOMP系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)可以在保留組織完整性的同時移除外部框架，極大提高操作靈活性和實驗可重復(fù)性。

Sniadecki說：“STOMP為組織工程及細胞力學(xué)信號研究提供了一個全新平臺。它改變了我們在三維環(huán)境中操控細胞構(gòu)建的方式。”

Theberge補充道：“這是一項真正跨學(xué)科協(xié)作的成果。我們期待全球研究團隊借助STOMP探索更多復(fù)雜組織模型與疾病機制。”