3D打印具有内部特征、可缠绕的血管网

供稿人:顾恒、连芩

真实的器官包含许多复杂结构的独立血管网，如肺部的气管和血管、肝脏的胆管和血管，这种相互缠绕的结构与组织功能密切相关，制造和研究这些复杂的结构仍然是组织工程的重大挑战。为了解决这个问题，美国莱斯大学联合杜克大学在内的多所高校团队使用定制的数字光处理（Digital Light Procession，DLP）设备和水凝胶，在几分钟内便可打印出具有复杂内部特征和功能的“人造组织”。

图1 （A）血管缠绕模型（B）血管肺泡模型

如图1所示，研究人员设计了复杂的血管缠绕模型和血管肺泡模型，该模型内部“肺泡”结构与周围“血管网”不直接接触。向“肺泡”部位通入气体，控制气体的压力与频率与人类正常呼吸时一致，肺部模型的测试显示，气体和液体可在管状结构内部自由顺畅地流通，流通过程中结构没有出现破裂；当“肺泡”规律性收缩，红细胞流经其周围的血管网络时，发现红细胞可以吸收氧气，具有和实际肺泡的气体交换相似的功能。

图 2 内部具有单向流通功能的瓣膜模型

除了可以打印复杂的缠绕结构，研究人员利用定制的生物打印系统也可以打印具有内部特征的结构，例如只允许血液向一个方向流动的二尖瓣，如图2所示。

为了验证打印结构的生物相容性和潜在的应用价值，研究人员打印了只含肝细胞的支架和内部具有复杂特征的肝细胞聚集物支架，植入患有慢性肝损伤的小鼠体内。实验结果显示，后者与宿主组织和血液的融合程度更高；与只含有肝细胞的支架相比，肝细胞聚集物支架的白蛋白启动子活性提高了60倍以上。利用该技术打印的复杂结构还可以用于流体混合、血管间物质输送机制和宿主移植等方面的研究。

参考文献：
Zongjie W , Hitendra K , Zhenlin T , et al. Multivascular networks and functional intravascular topologies within biocompatible hydrogels[J]. Science,03 May 2019:Vol.364,Issue 6439,pp.458-464
https://science.sciencemag.org/content/364/6439/458

供稿人:顾恒、连芩 供稿单位：机械制造系统工程国家重点实验室