我们离在实验室里培育器官已经很近了,但剩下最大的挑战是建立维持器官存活所需的精细血管网络。现在,研究人员发现一种常见的食用染料可以解决这个问题。

在美国,目前有超过10万人在器官移植等待名单上。即使你很幸运地得到了替代品,你也要面对一辈子的免疫抑制药物。这就是为什么科学家们一直梦想用病人自己的细胞培育出新的器官,这可以同时解决器官短缺和器官排斥的风险。

组织工程领域已经看到大量的进展。实验室培育的皮肤在医学上已经有几十年的历史了,最近,干细胞被用于制造支架——要么是合成材料,要么是从自然支撑结构上剥离细胞——来复制更复杂的生物组织。

然而,也许最令人兴奋的发展是3D打印技术的引入,它有望给生物医学领域带来与工程师们一样的速度、灵活性和定制化。所谓的生物已经被用于创建细胞器对于科学研究来说,有一些是令人印象深刻的概念验证为完整的器官。

但所有组织工程师都面临的一个共同挑战是血管化。构建大块组织不是太有挑战性,但科学家们一直在努力创建复杂的微血管网络,这些微血管将营养和氧气运送到器官深处,并将废物运送出去。这就是为什么到目前为止大多数的演示都是只有一两英寸宽的细胞器或者像喉咙或膀胱这样的中空结构。

然而现在,由德克萨斯州莱斯大学的科学家领导的一个美国研究团队已经发明了一种3D生物打印机,它可以用生物兼容的水凝胶打印宽度小于三分之一毫米的容器。在一个科学他们描述了如何使用生物打印机创建一个人类肺模型,它可以有效地为人类血液提供氧气。

该小组使用了一种常见的3D打印技术,称为投影立体蚀刻技术,它利用光一层一层地固化光敏树脂。在这种情况下,他们使用了一种溶液,当暴露在蓝光下时,它会转化成一种柔软的水凝胶。一种特殊的投影仪从下方投射出高分辨率的光模式,确定每个二维切片的结构。然后,头顶上的手臂将正在生长的模型举起,这样就可以生成下一层。

生成高分辨率的光模式相当简单,但挑战是要让树脂足够敏感,以复制这些微小的细节。关键的发现是一种叫做黄5号的普通食品染料可以有效地吸收蓝光,同时将固化物限制在一个非常细的层内。来自食品和饮料行业的化学物质也是完全无毒的。

他们使用这种方法创建了一个复杂的肺模型,它有微小的气囊,被精细的血管包围。在实验中,他们证明这个人造器官可以为人类血液提供氧气。为了证明这项技术有一天可以用于人类,他们还使用了打印组织载体,并在其上装载肝细胞,然后将其植入老鼠体内。

莱斯大学领导的研究小组并不是唯一研究这个问题的小组。启动Prellis生物制剂他们也致力于生物打印微小毛细血管,去年12月他们推出了一系列内置毛细血管的组织支架

但是,尽管解决血液供应问题一直是组织工程师的首要愿望,但最新研究的作者指出,循环系统并不是这些精细结构存在的唯一地方。

“我们的器官实际上包含独立的血管网络——比如肺的气道和血管,或者肝脏的胆管和血管,”莱斯大学生物工程助理教授乔丹·米勒说科学

“这些相互渗透的网络在物理上和生物化学上纠缠在一起,其结构本身与组织功能密切相关。我们的技术是第一个直接和全面地解决多血管化挑战的生物打印技术,”他说。

在这项技术可以用于打印整个器官之前,还有很长的路要走,但该方法克服了其中一个主要障碍。值得注意的是,研究人员已经决定将该项目开源,这样其他人就可以在他们的设计基础上加快该领域的进展。

图片来源:水晶灯/Shutterstock.com