加州大学使用生物3D打印技术制作可在体外生长的器官模型

加州大学圣地亚哥分校的生物工程师开发了一种易于使用的生物3D打印技术，用天然材料制作逼真的器官组织模型。作为概念验证，加州大学圣地亚哥分校的3D打印血管网络能够将乳腺癌肿瘤保持在体外生长。


研究人员表示，目标不是制造可以植入体内的人造器官，而是制造易于生长的人体器官模型，可以在体外研究或用于药物筛选。“我们希望让日常科学家更容易 ，他们可能没有其他3D打印技术所需的专业化 制作他们正在研究的任何人体组织的3D模型。”第一作者，生物工程博士生Michael Hu说。加州大学圣地亚哥分校雅各布工程学院的学生。 “模型将比标准的2D或3D细胞培养更先进，并且在测试新药时与人类反应更接近，目前该研究还在动物器官模型上进行。”

为了建立一个活的血管网络，研究人员首先使用Autodesk数字化设计一个支架。研究人员使用商用3D打印机，用称为聚乙烯醇的水溶性材料打印脚手架。然后，他们将厚厚的涂层，由天然材料制成 倒在支架上，让它固化，然后将支架材料冲洗到内部以形成中空血管通道。接下来，他们用内皮细胞覆盖通道内部，内皮细胞是排列在血管内部的细胞。最后一步是使细胞培养基流过血管以保持细胞存活和生长。

血管由体内发现的天然物质制成，如纤维蛋白原(一种在血凝块中发现的化合物)和Matrigel，一种可商购的实际哺乳动物细胞外基质形式。然而，发现合适的材料是最大的挑战之一，该研究的共同作者，生物工程本科生Xin Yi Lei表示。 “我们想要使用天然材料而不是合成材料，因此我们可以尽可能地制作与身体内部物品尽可能接近的材料。他们还需要能够使用我们的3D打印方法。”

在一组实验中，研究人员使用印刷的血管来保持乳腺癌肿瘤组织在体外存活。 “我们的希望是，我们可以运用我们的系统制作可用于测试体外抗癌药物的肿瘤模型。”他们从小鼠中提取肿瘤碎片，然后将一些碎片嵌入印刷的血管网络中，其他部分保存在标准3D细胞培养物中。三周后，封装在血管印迹中的肿瘤组织保持活着，而那些处于标准3D细胞培养中的肿瘤细胞大部分已经死亡。

在另一组实验中，研究人员创建了血管化肠道模型。该结构由两个通道组成。一个是直肠管，内衬肠上皮细胞以模仿肠道。另一个是血管通道(内衬细胞)，在肠道周围盘旋。目的是重建一个被血管网络包围的肠道。然后给每个通道提供针对其细胞优化的培养基。在两周内，这些肠道开始呈现更逼真的形态。例如，肠道已经开始生长绒毛，绒毛是肠壁内侧的微小指状突起。

“通过这种策略，我们可以开始在离体环境中制造复杂、逼真的体外生长系统。对于测试新药有着重要的意义。

来源：中国3D打印网