加州大学工程师用天然材料3D打印离体生长的的组织

文章来源：3D打印智造网

据南极熊了解，加州大学圣地亚哥分校的生物工程师开发了一种易于使用的3D生物打印技术，用天然材料制作逼真的器官组织模型。作为概念验证，加州大学圣地亚哥分校的3D打印血管网络能够将乳腺癌肿瘤保持在体外，并且是血管化人体肠道的模型。

研究人员表示，目标不是制造可以植入体内的人造器官，而是制造易于生长的人体器官模型，可以在体外研究或用于药物筛选。

“我们希望让日常科学家更容易 - 他们可能没有其他3D打印技术所需的专业化 - 制作他们正在研究的任何人体组织的3D模型，”第一作者，生物工程博士生Michael Hu说。他是加州大学圣地亚哥分校雅各布工程学院的学生。 “模型将比标准的2D或3D细胞培养更先进，并且在测试新药时与人类更相关，目前在动物模型上进行。”

为了建立一个活的血管网络，研究人员首先使用Autodesk数字化设计一个支架。研究人员使用商用3D打印机，用称为聚乙烯醇的水溶性材料打印脚手架。然后，他们将厚厚的涂层 - 由天然材料制成 - 倒在支架上，让它固化，然后将支架材料冲洗到内部以形成中空血管通道。接下来，他们用内皮细胞覆盖通道内部，内皮细胞是排列在血管内部的细胞。最后一步是使细胞培养基流过血管以保持细胞存活和生长。

血管由体内发现的天然物质制成，如纤维蛋白原（一种在血凝块中发现的化合物）和基质，一种可商购的实际哺乳动物细胞外基质形式。

然而，发现合适的材料是最大的挑战之一，该研究的共同作者、生物工程本科生辛毅（琳达）雷表示。 “我们想要使用天然材料而不是合成材料，因此我们可以尽可能地制作与身体内部物品尽可能接近的材料。他们还需要能够使用我们的3D打印方法。”


在一组实验中，研究人员使用打印的血管来保持乳腺癌肿瘤组织在体外存活。 “我们的希望是，可以运用我们的系统制作可用于测试体外抗癌药物的肿瘤模型，”胡说。他们从小鼠中提取肿瘤碎片，然后将一些碎片嵌入打印的血管网络中。其他部分保存在标准3D细胞培养物中。三周后，封装在血管印迹中的肿瘤组织保持活着。与此同时，那些处于标准3D细胞培养中的细胞大部分已经死亡。

在另一组实验中，研究人员创建了血管化肠道模型。该结构由两个通道组成。一个是直肠管，内衬肠上皮细胞以模仿肠道；另一个是血管通道（内衬细胞），在肠道周围盘旋。目的是重建一个被血管网络包围的肠道。然后给每个通道提供针对其细胞优化的培养基。在两周内，这些频道开始呈现更逼真的形态。例如，肠道已经开始发芽绒毛，绒毛是肠壁内侧的微小指状突起。

“通过这种策略，我们可以开始在离体环境中制造复杂、长寿的系统。未来，这可能取代动物用于制造这些系统，这就是正在做的事情，”马里说。

“这是一个概念证明，表明我们可以将不同类型的细胞组织在一起，如果我们想要在体内模拟多器官相互作用，这很重要。在一个打印品中，我们可以创建两个不同的局部环境，每个环境保持不同活着的细胞类型，并放在一起足够接近，以便它们可以相互作用，”胡说。

该研究最近发表在Advanced Healthcare Materials上，未来的工作将集中在优化打印血管和开发更接近模仿体内血管化肿瘤模型。