根据美国器官共享网(wǎng)络(luò)(UNOS)——管理全国器官移植系统的非营利组织的数据显示(shì),在(zài)美国平均(jun1)平均每天有20人死于等待器官移植。虽然现在每年有超过3万例(lì)移植(zhí)手术,但(dàn)是还有(yǒu)超过11.3万名患者在等候器官移(yí)植(zhí)。所以人工制(zhì)造的人体器(qì)官已被视为(wéi)解决这个问题的重(chóng)要途径(jìng)之(zhī)一。
打印出“自(zì)行(háng)跳动的心脏”
目前(qián)来看,实验室里已可以人工培育出具备所(suǒ)需功能的(de)细胞、脉管系统。这些(xiē)人工培育(yù)的人体器官被许多(duō)人视为能解决上(shàng)述这种移(yí)植器官(guān)短缺问题(tí)的重(chóng)要途(tú)径,3D打印的进步(bù)大大(dà)地(dì)提高了这种活(huó)体组织构造人(rén)工培(péi)育水平。然而,迄今为止(zhǐ)所有3D打印的人(rén)体组(zǔ)织仍存在(zài)缺陷,比如它(tā)们缺乏用于器官修复和替换所需的细胞密度以及某些(xiē)功能性。
美国哈佛大(dà)学Wyss生物启发工程研究所(suǒ)和John A. Paulson工(gōng)程与应用科学(xué)学院(yuàn)(SEAS)的研究人员(yuán)共同研发(fā)了(le)一种叫SWIFT(sacrificial writing into functional tissue)的方法。它可以通过将血管通道网络直接用3D打印的(de)方法打印(yìn)到活(huó)体(tǐ)器官(guān)的3D构建模块中,以(yǐ)此(cǐ)来解决(jué)一些(xiē)现存问题,甚至能(néng)够创(chuàng)建出更近似于器(qì)官大小且(qiě)具备相应功能的(de)较(jiào)大组织结构,比如在七天内仍能自行(háng)跳动的心脏组(zǔ)织。
构建活体组织(zhī)的“血(xuè)管”
SWIFT是一(yī)种全(quán)新的组织制造模式,它能够打印含有大量干(gàn)细胞衍生出的器官构建模块,能(néng)打印出构建(jiàn)活体(tǐ)组织所必(bì)需的血管(guǎn)系统,它已不仅仅只是打印一个个微小的细胞。而它(tā)的运作过程相(xiàng)对简单,只有两个(gè)步骤(zhòu):第(dì)一(yī)步(bù),将数十(shí)万个由干细胞衍生的聚集(jí)体形成一个密集的活体基质构建模块——这种基质每毫(háo)升含有约2亿(yì)个细胞。第二步,将(jiāng)氧和其他(tā)营养(yǎng)物通过打印的血管系统输送到细胞内部,然(rán)后将(jiāng)这个(gè)血管系统嵌(qiàn)入活体基质构建(jiàn)模块中。从这些模(mó)块中形成的最终出品物,不仅能(néng)达到(dào)类似于人体器官(guān)的高细胞密度,其基质(zhì)的(de)黏度还(hái)能(néng)够保证其内部(bù)可以放入3D打(dǎ)印出的可持续灌注营养物(wù)质及(jí)氧的血管系统,以模仿(fǎng)真(zhēn)正的人体器(qì)官。
在这项技(jì)术(shù)中,研(yán)究人员能够将(jiāng)通道的直径从(cóng)400微米(mǐ)变为1毫米,并将它们无(wú)缝连(lián)接,形成组织内(nèi)的分(fèn)支血管网络。所以(yǐ)使用SWIFT技术嵌(qiàn)入的(de)血管系统能以这(zhè)种方式“存活”。如果没(méi)有这些血管系统,这种(zhǒng)组织结构12小时内可能已开始经(jīng)历细胞批量死亡。
研究(jiū)人员表示(shì),把干细胞研究人员的最(zuì)新进展(zhǎn)与新(xīn)开(kāi)发的生物打印(yìn)方法相(xiàng)结(jié)合,SWIFT技(jì)术(shù)就(jiù)将极大地推动全球人(rén)体器官(guān)工程领域的发(fā)展(zhǎn),朝着在体外创造功能性人体器官的目(mù)标(biāo)迈出一大步(bù)。这项研究最终有可能大(dà)大改(gǎi)善器官工程(chéng),并成功延(yán)长许多自(zì)身器官衰竭的患者的寿命。
目前研究人员正在尝试将这些人造组(zǔ)织植入动(dòng)物模型体内,并探索它们的(de)“宿主整合”过程。它正(zhèng)是“3D器官工程计划(huá)”的一个重要部分。