UCSD研究人员自制快速UV生物3D打印机造血管网络

     近日，加州大学圣地亚哥分校的研究人员使用生物3D打印机来开发功能性血管网络。据研究人员说，他们的工作可以推进人工器官和再生疗法的发展。

    生物医学界的大多数专家一致认为，生物3D打印有一天对创造人工人体器官有巨大希望，降低对人类捐助者的依赖，并潜在地拯救数百万人类的生命。然而，如果这种潜在的前景成为现实，研究人员面临的最大障碍之一是创建有功能的脉管系统，允许血液在器官部分流动。“几乎所有的组织和器官都需要血管才能生存和正常工作，这是制造器官移植的一个巨大瓶颈，它是高需求但短缺的供应，”加利福尼亚州圣地亚哥纳米材料、生物打印和组织工程实验室纳领导者陈绍晨（音译）教授说。“生物3D打印机可以帮助弥补这一差距，我们的实验室朝着这一目标迈出了一大步。”
    Chen先生谈到的大步骤包括：他的实验室已经设法3D打印血管网络，可以安全地与身体的自身网络集成，并循环血液。该研究结果已经发表在Biomaterials的杂志上，Chen和他的团队展示了他们如何使用自制的3D打印机开发出一种新的生物打印技术，可以快速使3D微结构模拟生物组织。在过去，这种生物3D打印方法已被用于创建肝组织等对象。
     在正统的3D打印技术中，Chen的生物3D打印方法最类似于立体成像或DLP 3D打印，因为它使用光来固化光敏物质。然而，其打印材料不使用树脂，自制的生物打印机使用含有活细胞和光敏聚合物的溶液，其在暴露于UV光时固化。3D模型的2D图像由数百万个微镜反射，其将这些图像投射为UV光，一次固化一层混合物，以创建生物3D结构。

    “我们可以以极高的分辨率直接打印详细的微血管结构，”实验室的博士后学者、项目首席研究员Wei Zhu说。“其他3D打印技术相比之下产生相当于‘像素化’结构，通常需要牺牲材料和附加步骤来创建对象。”令人难以置信的是，Chen和他的团队解释道，“这种UV 3D生物打印过程只需几秒钟。相比之下，其他3D生物打印技术可能需要几个小时来打印单个结构。”Chen的方法还有其他优点：用于生物溶液中的光敏聚合物廉价易得，而且是完全生物相容的。
    使用他们精制的生物3D打印技术，加州大学圣地亚哥分校的研究人员能够基于真实的人类血管网络的3D模型，3D打印包含形成血管内衬的内皮细胞（细胞的结构）。尽管测量仅为4mm×5mm×600μm，研究人员依然能够在活体受试者中使用这种仿制血管网络。在培养这些3D打印结构一天后，研究人员将它们移植到活小鼠的皮肤伤口上。两个星期后，这些人工脉管系统已经生长到小鼠的血管网络中并与其合并，血液像正常一样流过这些血管。这项研究显示了很大的希望，虽然还有更多的工作要做，Chen和他的团队可以考虑使用他们的生物3D打印方法为人类使用。例如，真正的脉管系统不仅用于运输血液，而且还用于运输营养物、氧气和废物。“我们还有很多工作要做，如改善这些材料，”Chen说。

     研究人员的下一步将是使用人类的干细胞建立组织，这可以很容易地从人类皮肤中找到。研究人员说，这些组织可以用于帮助被宿主的身体的免疫系统拒绝的接受移植的患者。加利福尼亚州圣地亚哥大学研究人员的主要目标是该项目能够到达临床试验阶段，但在此之前，还需要耐心等候几年。