打印器官不是夢(mèng)！浙大再現新技術(shù)，在生物3D打印邁出重要一步！

打印器官不是夢(mèng)！浙大再現新技術(shù)，在生物3D打印邁出重要一步！

自3D打印技術(shù)面世以來(lái)，在科學(xué)家魔術(shù)般的雙手里不斷推陳出新。

說(shuō)起3D打印的產(chǎn)品，你見(jiàn)過(guò)的畫(huà)風(fēng)或許是

或者是酷炫狂霸的

但是，小編想說(shuō)，科技的能量，真的超乎你想象。

近日，浙江大學(xué)工程學(xué)院賀永教授課題組發(fā)明了一種新型生物3D打印方法。該方法能夠操控不同種類(lèi)的細胞形機械成特定結構的微球，進(jìn)而長(cháng)成具有生物活性的微組織，將為體外重建類(lèi)器官，為開(kāi)發(fā)更為高效的器官芯片、實(shí)施更有效的細胞治療等提供有效路徑。



挑戰——活性生物組織結構剖析

如果有一天，人類(lèi)能夠自由制造人體“零件”，更換器官就像更換電池一樣方便，器官移植的來(lái)源就不再成為問(wèn)題。但要真正實(shí)現活體器官的3D打印，路途還是有點(diǎn)遠。

在3D打印的“初級階段”，人類(lèi)已經(jīng)能夠精準得打印牙齒、骨骼等組織結構相對簡(jiǎn)單的零部件，并應用于臨床。顱骨損傷的病人，也可以通過(guò)3D打印頭蓋骨實(shí)現整形。如果要把打印目標擴展到人體所有“零件“，挑戰就大多了。



打印器官不是夢(mèng)！浙大再現新技術(shù)，在生物3D打印邁出重要一步！

首先，你要保證人造器官能夠適應人體的力學(xué)環(huán)境，不能太硬、太軟或者塌陷；其次，器官要能夠存活并發(fā)揮特定的功能。比如，盡管3D打印的心臟“模型”已經(jīng)很多，但至今沒(méi)有一個(gè)真正的3D打印心臟能夠成功植入生物體。

“我們試試能否先實(shí)現一個(gè)小目標，打印生物活性的微組織。”賀永說(shuō)。

天然的生物組織比我們想象的復雜。比如血管是由成纖維細胞、平滑肌細胞、內皮細胞等組成的復雜結構。平滑肌維持了血管的彈性，內皮細胞分泌生長(cháng)因子防止血液凝固。“如果要‘打印’血管，就需要將不同的細胞打印到一起，形成特定的結構。”賀永說(shuō)。三年前，課題組開(kāi)始了嘗試。



靠一股氣，螺螄殼里做道場(chǎng)

科學(xué)家將不同的細胞分別用水凝膠包裹制成“生物墨水”，在一個(gè)微流控芯片噴頭的控制下，一點(diǎn)點(diǎn)“吐”出多組分細胞微滴。



打印器官不是夢(mèng)！浙大再現新技術(shù)，在生物3D打印邁出重要一步！



“用這臺機器，我們‘打’出了血管化的骨組織。”賀永說(shuō)，他們第一次用兩種分別混合了骨髓間充質(zhì)干細胞和人臍帶靜脈內皮細胞的“生物墨水”，同步打印出了帶螺旋形的微球。其中，骨髓間充質(zhì)干細胞可定向分化為成骨細胞，內皮細胞會(huì )形成血管化細胞。經(jīng)過(guò)幾天實(shí)驗室培養，呈螺旋形血管化的成骨類(lèi)器官就形成了。



打印器官不是夢(mèng)！浙大再現新技術(shù)，在生物3D打印邁出重要一步！



用這種方法，實(shí)驗室還做出了玫瑰花、帶螺旋的微球、太極等造型的顆粒，直徑在200微米左右?？傊?，可以操縱細胞任意形成特定的“隊形”。



“生物墨水”的組分之一水凝膠是有名的“軟”物質(zhì)，要對這么軟的材料進(jìn)行精準操控，是一項頗為艱巨的挑戰。課題組用一陣“風(fēng)”巧妙解決這個(gè)難題：在一股微氣流的吹動(dòng)下，噴頭吐出的液滴不會(huì )馬上落下，而是會(huì )旋轉起來(lái)，此時(shí)再根據數學(xué)建?？刂撇煌M分生物墨水下降的方向，就能形成精致的立體結構。這個(gè)過(guò)程，有點(diǎn)像我們在轉動(dòng)的蛋糕模具上裱花，讓不同細胞形成特定的立體“編隊”。

“這一技術(shù)的精度可以達到單細胞分辨率”賀永說(shuō)，與現有生物制造方法相比，其特點(diǎn)是首次實(shí)現了在微小空間內三維結構的可控成型，為體外重建復雜類(lèi)器官提供了新思路。


有望應用于器官芯片、細胞治療

“我們可以構造出具有活性的迷你生物組織，用于藥物篩選的器官芯片”，賀永說(shuō)，另一個(gè)用途是細胞治療。當前細胞治療的一大難點(diǎn)在于直接注射的細胞容易被自身的免疫細胞吞噬，因此只對某些特定的疾病有效。“我們或許能可以打印出具有特定功能的細胞微球，細胞抱團在血管中行進(jìn)，就不怕被吃掉，而且一到目的地可以馬上發(fā)揮作用。”賀永說(shuō)。


浙大一位從事生物學(xué)研究研究的教授認為，這項研究在醫學(xué)上很有意義：目前人類(lèi)的技術(shù)已經(jīng)可以通過(guò)干細胞培養出各種類(lèi)型的細胞，但接下來(lái)，我們還需要讓這些細胞形成特定的組織結構。“生物體內的細胞與細胞之間有豐富多樣的連接方式，它們并不是‘一鍋粥’，因此，怎樣讓細胞形成不同的層次，組織、甚至器官，是一項非常重要的課題。”