哈佛團隊在3D打印血管上取得新突破

　　在體外培育有功能的人體器官是器官移植醫學界長期追求的目標，但至今仍未實現。哈佛大學Wyss生物工程研究所和John A. Paulson工程與應用科學學院領導的一項新研究讓這一目標又向前邁進了一大步。

　　研究團隊開創了一種新方法來實現血管網絡的3D打印。這些血管擁有由平滑肌細胞組成的獨特“外殼”以及內皮細胞環繞的中空“內芯”，在嵌入人體心臟組織時，液體可以在“內芯”中流動。

　　這種血管結構類似于天然形成的血管，標志著在制造可植入人體器官方面取得了重大進展。這項研究成果于8月2日發表在《Advanced Materials》雜志上。

　　第一作者Paul Stankey表示：“在之前的工作中，我們開發出一種新的3D生物打印方法，稱為SWIFT，可以在活細胞基質中形成中空通道。在這種方法的基礎上，我們引入了co-SWIFT，它再現了天然血管中的多層結構，使其更容易形成相互連接的內皮，并且更好地承受血液流動的內部壓力。“

　　研究人員開發出一種獨特的噴嘴，它具有兩個獨立可控的流體通道，用于噴射“墨水”：一種基于膠原蛋白的外殼墨水和一種基于明膠的內芯墨水。噴嘴經過特殊設計，可以形成相互連接的分支網絡，通過灌注為人體組織和器官提供充足的氧氣。在打印過程中，可通過改變打印速度或墨水流速來改變血管的大小。

　　為了證實co-SWIFT方法的有效性，研究團隊首先在兩種無細胞基質中打印出分支血管網絡。在仿生血管被打印出來之后，他們對基質進行加熱，使基質和外殼墨水中的膠原蛋白發生交聯，之后將明膠內芯墨水融化，從而形成一個開放、可灌注的血管系統。

　　之后，他們使用了更具生物相關性的材料來重復打印過程。研究人員采用平滑肌細胞作為外殼墨水。在明膠內芯墨水融化后，他們將構成人體血管內層的內皮細胞灌注到血管系統中。灌注七天后，平滑肌細胞和內皮細胞仍然存活，并發揮了血管壁的作用——與沒有內皮細胞的血管相比，血管的通透性降低了三倍。

　　最后，研究人員還在活體組織中測試他們的方法。他們發現，打印出來的仿生血管不僅顯示出人類血管特有的雙層結構，而且在用模擬血液的液體灌注五天后，心臟器官組件（OBB）開始同步跳動，這表明心臟組織是健康而且有功能的。

　　這些組織也對常見的心臟藥物有反應——異丙腎上腺素使它們跳動得更快，而Blebbistatin則使它們停止跳動。研究團隊還用3D打印技術將真實患者左冠狀動脈的分支血管系統模型打印到心臟器官組件中，展示了其在個性化醫療方面的潛力。

　　共同通訊作者Jennifer Lewis教授說：“我們能夠根據真實患者的數據成功打印出左冠狀動脈的血管模型，這證明了co-SWIFT方法在創建患者特異性的血管化人體器官方面的潛在用途。”

　　在未來的工作中，Lewis領導的團隊計劃生成自組裝的毛細血管網絡，并將其與3D打印的血管網絡相整合，以在微觀尺度上更充分地復制人類血管結構，并增強實驗室培養組織的功能。

　　參考文獻

　　Embedding Biomimetic Vascular Networks via Coaxial Sacrificial Writing into Functional Tissue