加州大學(xué)用天然材料3D生物打印離體組織篩選藥物

2018年12月4日，南極熊從外媒獲悉，加州大學(xué)圣地亞哥分校的生物工程師開(kāi)發(fā)了一種易于使用的3D生物打印技術(shù)，用天然材料制作逼真的器官組織模型。作為概念驗(yàn)證，加州大學(xué)圣地亞哥分校的3D打印血管網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)⑷橄侔┠[瘤保持在體外，并且是血管化人體腸道的模型。

（L-R）：生物工程研究生Michael Hu和本科生Xin Yi（Linda）Lei使用他們團(tuán)隊(duì)的新3D生物打印技術(shù)構(gòu)建血管化腸道模型。

研究人員表示，本項(xiàng)研究的目標(biāo)不是制造可以植入體內(nèi)的人造器官，而是制造易于生長(zhǎng)的人體器官模型，可以在體外研究或用于藥物篩選。

本研究的第一作者，生物工程博士生Michael Hu說(shuō)：“我們希望讓日�？茖W(xué)家更容易 - 他們可能沒(méi)有其他3D打印技術(shù)所需的專業(yè)化 - 制作他們正在研究的任何人體組織的3D模型，模型將比標(biāo)準(zhǔn)的2D或3D細(xì)胞培養(yǎng)更先進(jìn)，并且在測(cè)試新藥時(shí)與人類更相關(guān)，目前在動(dòng)物模型上進(jìn)行�！�

為了建立一個(gè)活的血管網(wǎng)絡(luò)，研究人員首先使用Autodesk數(shù)字化設(shè)計(jì)一個(gè)支架。研究人員使用商用3D打印機(jī)，用稱為聚乙烯醇的水溶性材料打印支架。然后，他們將由天然材料制成的厚厚涂層倒在支架上，讓它固化并固化，然后將支架材料沖洗到內(nèi)部以形成中空血管通道。接下來(lái)，他們用內(nèi)皮細(xì)胞覆蓋通道內(nèi)部，內(nèi)皮細(xì)胞是排列在血管內(nèi)部的細(xì)胞。最后一步是使細(xì)胞培養(yǎng)基流過(guò)血管以保持細(xì)胞存活和生長(zhǎng)。

血管由體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的天然物質(zhì)制成，如纖維蛋白原（一種在血凝塊中發(fā)現(xiàn)的化合物）和Matrigel，一種可商購(gòu)的實(shí)際哺乳動(dòng)物細(xì)胞外基質(zhì)形式。

然而，發(fā)現(xiàn)合適的材料是最大的挑戰(zhàn)之一，該研究的共同作者，生物工程本科生Xin Yi (Linda) Lei表示。 “我們想要使用天然材料而不是合成材料，因此我們可以盡可能地制作與身體內(nèi)部物品盡可能接近的材料。他們還需要能夠使用我們的3D打印方法。”

Ami Dailamy是馬里實(shí)驗(yàn)室的生物工程研究生，他設(shè)計(jì)了一個(gè)3D打印支架

在一組實(shí)驗(yàn)中，研究人員使用打印的血管來(lái)保持乳腺癌腫瘤組織在體外存活。 “我們的希望是，我們可以運(yùn)用我們的系統(tǒng)制作可用于測(cè)試體外抗癌藥物的腫瘤模型，”Michael Hu說(shuō)。他們從小鼠中提取腫瘤碎片，然后將一些碎片嵌入打印的血管網(wǎng)絡(luò)中。其他部分保存在標(biāo)準(zhǔn)3D細(xì)胞培養(yǎng)物中。三周后，封裝在血管印跡中的腫瘤組織保持活著。與此同時(shí)，那些處于標(biāo)準(zhǔn)3D細(xì)胞培養(yǎng)中的人大部分已經(jīng)死亡。

在另一組實(shí)驗(yàn)中，研究人員創(chuàng)建了血管化腸道模型。該結(jié)構(gòu)由兩個(gè)通道組成。一個(gè)是直腸管，內(nèi)襯腸上皮細(xì)胞以模仿腸道。另一個(gè)是血管通道（內(nèi)襯細(xì)胞），在腸道周圍盤旋。目的是重建一個(gè)被血管網(wǎng)絡(luò)包圍的腸道。然后給每個(gè)通道提供針對(duì)其細(xì)胞優(yōu)化的培養(yǎng)基。在兩周內(nèi)，開(kāi)始呈現(xiàn)更逼真的形態(tài)。例如，腸道已經(jīng)開(kāi)始發(fā)芽絨毛，絨毛是腸壁內(nèi)側(cè)的微小指狀突起。

“通過(guò)這種策略，我們可以開(kāi)始在離體環(huán)境中制造復(fù)雜，長(zhǎng)壽的系統(tǒng)。未來(lái)，這可能取代動(dòng)物用于制造這些系統(tǒng)，這就是現(xiàn)在所做的，”Mali說(shuō)。

“這是一個(gè)概念證明，表明我們可以將不同類型的細(xì)胞組織在一起，如果我們想要在體內(nèi)模擬多器官相互作用，這很重要。在一個(gè)打印品中，我們可以創(chuàng)建兩個(gè)不同的局部環(huán)境，每個(gè)環(huán)境保持不同活著的細(xì)胞類型，并放在一起足夠接近，以便它們可以相互作用，“Hu說(shuō)。

該工作最近發(fā)表在Advanced Healthcare Materials上。未來(lái)的工作將集中在優(yōu)化打印血管和開(kāi)發(fā)更接近模仿體內(nèi)血管化腫瘤模型。

論文原文：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adhm.201800845

編譯自：3ders