热量为建立3D人造器官组织

在紫外线照射下，蛇形水凝胶通道注入了水的荧光(左)和热灌注水凝胶的红外断层扫描显示，热沿着流体流动的路径，并耗散到主体水凝胶中。

资料来源：华盛顿大学健康科学

生物工程师正在设计热的新技术，以远程控制细胞功能的定位和时间，以建立三维，人工，生活组织．在西雅图的乌斯医学干细胞和再生医学研究所的Kelly Stevens实验室，休斯顿赖斯大学的Jordan Miller正在合作开发Bioplinted.，器官样组织，如肝脏和肺部构建体。

史蒂文的实验室有一个长期的愿景，那就是构建肝脏组织，模拟肝脏器官的一些复杂功能。例如，这些人造组织可以用来研究药物或毒素如何作用于肝脏。

这个重要的器官容易因感染药物、毒药和常见的毒药，比如酒精。肝脏疾病每年影响全球5亿多人，导致200多万人死亡。最终，研究人员希望能够设计出人工组织，通过手术植入来接管患病肝脏失去的功能。

史蒂文斯是生物工程系的助理教授，该系由华盛顿大学工程学院和华盛顿大学医学院联合运营。她还在医学院的检验医学和病理学系任职。

她解释说，肝脏的复杂性阻碍了人造器官的发展工程师们．当器官成形时，你如何促使细胞承担不同的功能角色和空间位置?

就像工厂里的员工有不同的职责和工作地点一样，肝脏里的细胞分组也是如此。肝细胞的工作是由关键基因分配的，这些基因通过它们的蛋白质表达谱，引导它们到指定的位置执行它们的任务。

基因如何应对塑造细胞命运以及如何发生这种信息转移的提示以及如何更好地了解。但是，让细胞按需执行此信息传输一直难以捉摸。对于复杂的组织系统尤其如此。“肝脏表现出数百个关键职能，”研究人员在其项目摘要中指出。为此，肝细胞中存在劳动分工。科学家说，重建肝脏仍然是一个巨大的挑战。“该领域尚未能够创造小的特征，例如在天然肝脏中发现的不同代谢区。研究人员还指出，为了建立肝脏，他们的领域必须更好地理解如何组装器官及其通过细胞中基因表达调节的生理学。

热灌注水凝胶的红外断层扫描显示，在灌注过程中，热量跟踪流体流动的路径。在这种情况下，通道的空间几何构成了一个立方体。

来源:丹尼尔Corbett

史蒂文斯，而UW生物工程研究生Daniel Corbett以及他们在赖斯大学的合作者报告了他们的最新生物印刷创作。它是一种热流体技术，产生模拟人类肝脏中发现的遗传谱的模式。

他们设计了3 d印制流体系统提供渗透热。来自这些系统的能量——就像老式公寓里的蒸汽散热器的微型版本——使研究人员能够操纵人工组织深处细胞的遗传连接。

该技术使用热图案来触发基因表达。从组织内的印刷网络转移温度激活嵌入细胞的转基因，其是热诱导的。

这些操作可以揭示不同细胞内的遗传模式如何驱动组织和各种肝脏功能的分离。在未来，这一知识不仅可以为利用干细胞雕刻新的、可工作的器官提供思路，还可以为远程管理植入的器官组织以实现理想的治疗反应提供思路。

研究人员称他们的技术为“转录驱动热交换器”(Heat)。他们在最新项目中激活的通路是某些所谓的Wnt信号网络，这些信号网络对整个动物界的身体组织的发育、维持和再生都很重要。

研究人员说，虽然他们报道的发现表明了热量的潜力，但它们遇到了充分控制其第一代系统在空间和时间的传热中的限制。他们认为设计修改可能会克服一些目前的限制。这种方法也可以与组织工程中的其他进展相结合。

他们希望促进刺激3D组织内细胞基因电路的谜团的进一步进展，它们写入，“加速了人工肝组织模型的发展，这可能会影响基本和平移的人类生物医学。“他们认为，这种进展将为3D组织和器官的生物制造创造新的途径。