3d打印器官突破細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)輸送難題

在共聚焦顯微鏡及掃描電鏡下的流道結(jié)構(gòu)

打印出的含營(yíng)養(yǎng)通道網(wǎng)絡(luò)的二維及三維凝膠結(jié)構(gòu)

生命結(jié)構(gòu)如此精巧,，即使“打印”人造器官的夢(mèng)想由來(lái)已久，卻遲遲不能完全成真,。浙大機(jī)械工程學(xué)院傅建中教授課題組日前開(kāi)發(fā)出一種全新的器官打印工藝,，在打印組織結(jié)構(gòu)的同時(shí)打印出內(nèi)部的營(yíng)養(yǎng)輸送通道，成功解決了3D打印細(xì)胞的營(yíng)養(yǎng)維持問(wèn)題,。有了營(yíng)養(yǎng),，細(xì)胞就能“活”得更久，這使得大尺寸器官3D打印成為可能。

相關(guān)論文“Coaxial nozzle-assisted 3Dbioprinting with built-in microchannels for nutrients delivery”(營(yíng)養(yǎng)通道同步制造的器官打印方法)5月19日在線發(fā)表在《Biomaterials》(《生物材料》)雜志上,。論文第一作者為博士生高慶,，通訊作者為課題組的賀永副教授。

器官打印,，是用3D打印的辦法,，將含細(xì)胞的生物墨水進(jìn)行一層層的精確可控沉積，從而構(gòu)造出含細(xì)胞的三維結(jié)構(gòu),，再加以后續(xù)培養(yǎng),，以獲得想要的組織。3D打印人造器官的前景很美,，如果徹底實(shí)現(xiàn),，那么當(dāng)前器官移植的巨大缺口將得到緩解;科學(xué)家還可以直接拿人造器官來(lái)做前期的藥物篩選實(shí)驗(yàn)。

而打印“活物”遠(yuǎn)比打印一般的三維模型困難許多,�,！盃I(yíng)養(yǎng)輸送是器官打印的三大關(guān)鍵難題之一�,！辟R永說(shuō),，目前，擺在器官打印的面前的有“三座大山”：一是尋找合適的凝膠材料,，把細(xì)胞包裹起來(lái)打印成型;二是組織打印“成型”后,，如何對(duì)細(xì)胞輸送營(yíng)養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)體外培養(yǎng);三是培養(yǎng)過(guò)程中,，如何調(diào)控培養(yǎng)環(huán)境使得獨(dú)立的細(xì)胞個(gè)體融合成功能性組織。

據(jù)介紹,，目前的器官打印受限于營(yíng)養(yǎng)輸送問(wèn)題,，導(dǎo)致很多區(qū)域營(yíng)養(yǎng)難以有效輸送，導(dǎo)致后續(xù)的培養(yǎng)失敗,，因此器官尺寸無(wú)法擴(kuò)大,。“組織內(nèi)遍布纖細(xì)的血管,，它們是輸送營(yíng)養(yǎng)的流道,。我們要在體外重構(gòu)這‘血管’�,！辟R永介紹,，這是3D打印的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。由于凝膠材料非常軟,，現(xiàn)有思路多為先打印組織,，再構(gòu)造流道的“二次打印”法，效果不夠理想。

賀永課題組的思路,，是同時(shí)打印組織結(jié)構(gòu)和營(yíng)養(yǎng)輸送流道——一次成型!在一次實(shí)驗(yàn)中,，他們偶然發(fā)現(xiàn)使用同軸噴頭擠中空凝膠絲時(shí)、擠出的兩條凝膠絲可以融合在一起,，并具有一定的強(qiáng)度,。“由于凝膠纖維內(nèi)部是中空的,，那應(yīng)該能利用其進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)輸送,，”賀永說(shuō)，受此啟發(fā),，課題組用了一年的時(shí)間,，嘗試基于中空凝膠纖維進(jìn)行器官打印。

一次成型的工藝是否可靠?賀永說(shuō),，除了在工藝上方便快捷之外,，一系列實(shí)驗(yàn)也證明了這一工藝的優(yōu)越性：流道不但能穩(wěn)定輸送營(yíng)養(yǎng)，能讓大分子營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)滲透到細(xì)胞中去,，此外有或沒(méi)有我們的流道,，細(xì)胞的活性大相徑庭�,！�

據(jù)介紹,，目前的器官打印受限于營(yíng)養(yǎng)輸送問(wèn)題，導(dǎo)致很多區(qū)域營(yíng)養(yǎng)難以有效輸送,，導(dǎo)致后續(xù)的培養(yǎng)失敗,，因此器官尺寸無(wú)法擴(kuò)大 �,！拔覀兊倪@一工藝將為接近真實(shí)尺寸的器官制造提供可能,。”賀永說(shuō),，這一方法還可以廣泛應(yīng)用于片上器官,、凝膠基微流控芯片、細(xì)胞傳感器芯片,、藥物篩選芯片等領(lǐng)域,。

“當(dāng)然我們只是初步解決了器官打印中的一個(gè)問(wèn)題而已，實(shí)現(xiàn)器官制造的終極目標(biāo)：器官打印還需要諸多學(xué)科的科學(xué)家持續(xù)不斷的努力,�,！�