實驗室培養人體器官已經有不少研究,過去兩年3D 打印被看作是一個可能的發展趨勢。另一方面,也有實驗室在研究依靠幹細胞培養身體組織、器官。

加州大學舊金山分校的生物學研究人員最近公開了一項技術,利用組織生長過程中的相互作用來塑造形狀。他們的研究發佈在了細胞出版社旗下的《發育細胞(Developmental Cell)》期刊上。

根據他們的研究報告,在身體組織的生長過程中,一種被稱為是間充質細胞的物質在組織的彎曲變形上有比較重要的作用。利用間充質細胞的工作方式,他們將其用來改變實驗室活組織生長的形狀。

其背後的原理是這樣的。細胞外基質細胞(ECM)所分泌的纖維組成網絡,這些間充質細胞可以掛在這些纖維上,並可以將不同區域的纖維網絡串聯起來,使得組織之間形成力的作用,最終是彎曲形成不同的形狀。在這種組織間力的作用下,可以形成例如腸胃里手指般的腸絨毛,還有些組織可以最終形成動物的毛髮。

實驗室培養人造器官,加州大學做了個細胞生長框架-大和小站

研究人員稱,他們用技術手段在實驗室裡重現了這一過程。通過一種高精度3D 細胞排列技術DPAC,研究人員把老鼠或者人體的間充質細胞排列成不同的形態,將活組織薄片塑造成碗、波紋等形狀。本質上,這是用間充質細胞給仍在生長的組織建立一個框架結構,讓組織靠上述力的作用形成不同的形狀。

實驗室培養人造器官,加州大學做了個細胞生長框架-大和小站

該研究的目標之一,這份論文的資深作者Zev Gartner稱,是提升生物學家創造“類器官”的能力,以及柔性生物機器人的開發。所謂的類器官通常指的是用病人的干細胞在實驗室培養身體組織。研究人員稱,他們還在進一步探索,針對組織彎曲變形過程中的機械變化,細胞的反應會有什麼不同。

資助這項研究的包括美國國立衛生研究院(NIH)、扎克伯格和普莉希拉·陳的基金會等。

這項研究可以看作是實驗室培養身體器官的另一個方向的嘗試。Gartner認為,用細胞培養組織比3D打印人體器官可能容易一些:“你需要打印出一個模版,它可以通過人工培養、隨著時間演變,或者你也可以說是4D生物打印。”

另一方面,3D打印身體器官在過去2年時間裡吸引了更多的關注。一部分是用塑料打印,已經可以用於手術操作模擬、藥物測試等方面。另外一部分開始進入到用細胞打印,例如《自然》雜誌去年介紹了一家Wake Forest再生醫學研究,他們所採用的ITOP打印機用細胞進行打印。

不過,這些打印器官、組織還在逐步改善氧氣、養分的供應,以及身體內對植入物的支撐上,其中血管被認為是最難打印的一部分。3D打印器官還沒有到能放入身體內的境地。

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