3D打印器官的快捷方式

在美国，每天都有20人在等待器官移植时死亡，而现在每年进行的移植手术超过3万例，目前有超过11.3万名患者在等待器官移植。人工培育的人体器官被许多人视为解决这一器官短缺的“圣杯”，3D打印技术的进步导致了使用该技术来构建人体器官形状的活组织结构的热潮。新利18官方然而，迄今为止，所有3D打印的人体组织都缺乏用于器官修复和替换所需的细胞密度和器官水平功能。

现在，一种被称为SWIFT的新技术，由哈佛大学威斯生物启发工程研究所和约翰·a·保尔森工程与应用科学学院(SEAS)的研究人员发明，通过3D打印血管通道到由干细胞来源的器官构建块(obb)组成的新利18官方活基质中，克服了这一主要障碍，产生具有高细胞密度和功能的活的、器官特异性的组织。“这是一种全新的组织制造范式，”威斯研究所副研究员、共同第一作者马克·斯凯拉·斯科特博士说。”,而不是试图3 d打印整个器官的细胞,迅速关注只有印刷所需的容器支持活组织构造,其中包含大量的obb,这可能最终被用来治疗修复和替换人体器官肺脏包含病人自己的细胞。”

活胚状体环绕中空血管通道使用SWIFT方法打印。

资料来源:哈佛大学维斯研究所

SWIFT包括两个步骤，首先将数十万个干细胞来源的聚集体形成密集的、活的obb基质，每毫升约包含2亿个细胞。接下来，通过书写和去除牺牲墨水，一个血管网络被嵌入到基质中，氧气和其他营养物质可以被输送到细胞中。“从这些obb中形成密集的矩阵一举两得:它不仅实现高细胞密度类似于人体器官,但基质的粘度也使印刷的普及网络perfusable通道内模拟支持人体器官的血管,”co-first作者Sebastien Uzel说博士Wyss研究所的研究员和海洋。

SWIFT方法中使用的细胞聚集物来自成人诱导的多能干细胞，与定制的细胞外基质(ECM)溶液混合，通过离心压实形成活基质。在低温(0-4°C)下，致密的基质具有蛋黄酱的稠度——足够柔软，可以在不损坏细胞的情况下操作，但又足够厚，可以保持其形状——使其成为牺牲式3D打印的完美介质。新利18官方在这种技术中，一个很薄的喷嘴穿过基质，在基质中沉积一股明胶“墨水”，可以将细胞推开而不会损坏它们。

当寒冷矩阵是加热到37°C,它僵硬变得更加坚固的(像一个煎蛋卷是煮熟),而明胶墨水融化,可以被淘汰,留下一个渠道网络嵌入到组织结构,可以与含氧灌注媒体来滋养细胞。研究人员能够改变通道的直径，从400微米到1毫米不等，并将它们无缝连接在组织中形成分支的血管网络。

使用SWIFT打印嵌入血管通道并以这种方式灌注的器官特异性组织仍能存活，而没有这些通道生长的组织在12小时内在其核心经历细胞死亡。为了观察这些组织是否显示出特定的器官功能，该团队打印、抽真空并灌注分支通道结构到由心脏衍生细胞组成的基质中，并在一周多的时间里通过通道流动介质。在此期间，心脏的obb融合在一起，形成了一个更坚实的心脏组织，其收缩变得更同步，收缩强度超过20倍，模仿了人类心脏的关键特征。“我们的SWIFT生物制造方法在从原生细胞聚集物到干细胞来源的类器官的obb大规模创建器官特异性组织方面非常有效，”通讯作者Jennifer Lewis说。他是Wyss研究所的核心成员，也是海洋工程学院的Hansjörg Wyss生物启发工程教授。“通过将干细胞研究人员的最新进展与我的实验室开发的生物打印方法相结合，我们相信SWIFT将极大地推进世界各地的器官工程领域。”