瑞士研究人員開發出列印微縮器官的方法

瑞士EPFL研究所的研究人員，開發出可列印外觀和功能幾乎與原尺寸器官相似的微組織。微型組織的寬度可以微小到幾釐米，能使科學家研究以前不可能的生物學過程，甚至測試新的治療方法。

多年來，微型版器官，例如腦，腎和肺（稱為「類器官」）皆是從幹細胞中生長出來的。有機體有望減少對動物測試的需求，並提供更好的模型來研究人體器官的形成方式以及該過程在疾病中如何發生。但是，傳統的生長類器官的方法導致幹細胞組裝成微米至毫米大小的空心球。 「這是非生理性的，因為許多器官（例如腸或氣道）是管狀的，並且尺寸更大」，EPFL生物工程研究所的教授MatthiasLütolf說，他領導了這項研究，該研究今天在《自然材料》上發表。

為了開發類似於正常動物的更大的類動物，Lütolf和他的團隊轉向了生物列印。就像3D印表機允許人們創建日常物品一樣，類似的技術也可以幫助生物工程師組裝生物組織。但是，生物印表機代替了傳統3D印表機中使用的塑料或粉末，而是使用生物墨水-包裹活細胞的液體或凝膠。 「生物列印技術非常引人注目，因為它使您可以將細胞沉積在3D空間中的任何位置，因此您可以考慮將細胞排列成類似器官的結構，例如試管，」Lütolf說。

研究人員設計了一種定製的生物列印裝置，該裝置由顯微鏡和可以通過與注射器泵相連的細噴嘴抽吸和沉積細胞的裝置組成。在顯微鏡階段，研究小組安裝了一塊含有凝膠的板，該凝膠類似於在許多組織中發現的複雜細胞外環境。呂託爾夫指出，這種類型的凝膠「非常有效地允許細胞形成組織，但是由於難以處理，人們尚未真正將其用於生物列印。」

通過移動顯微鏡載物臺並通過顯微鏡鏡頭不斷監控過程，研究人員能夠在腸道凝膠中沉積一系列長度為幾釐米的腸道幹細胞。 Lütolf說：「使用顯微鏡的妙處在於，您始終可以看到自己在做什麼，並且可以觀察到細胞在做什麼-您不會盲目。」 「在其他生物列印方法中，您看不到發生了什麼。」

呂託爾夫說，一旦幹細胞被播種，「魔術就發生了」：這些細胞開始生長並彼此相互作用，形成了一個連續的管狀組織，模仿了正常腸道的許多解剖學和功能特徵。實驗室長出的腸子，大小可達三釐米，由帶有幹細胞的隱窩形口袋組成，它們含有與全腸相同的專門吸收和分泌細胞。小腸的分泌細胞還能夠響應特定刺激而分泌抗微生物分子。

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使新開發的方法與其他生長類器官的方法不同（更成功）的原因在於，它結合了3D列印的靈活性和精度以及幹細胞自身生長和組織的能力。呂託夫說：「我們允許生物學發生，這是至關重要的。」

通過從胃腸道生物列印形成類器官的細胞，研究人員還產生了胃，小腸和結腸的部分，然後形成了相互連接的微型微型親代器官。Lütolf指出，使用傳統的類器官生長方法，「您可以生長胃類器官或腸類器官-而通過生物列印，您可以組合不同的細胞類型並以不同的方式排列它們，」他說。

呂託爾夫說，雖然微型器官可以發揮其正常器官的功能，但在再生醫學中的用途，包括用於替代人體組織和器官的器官，仍需要數年的時間。但他指出，新開發的方法可用於建立人類疾病（包括癌症）的組織模型，並用於測試候選藥物如何作用於組織內特定細胞類型。

Lütolf的小組現在希望使用生物列印技術來構建呼吸道，以研究病毒感染，例如，感染導致COVID-19的SARS-CoV-2病毒。然後，被感染的微型航空公司可以幫助測試不同的治療方法。「最大的優勢在於，藉助顯微鏡，您可以觀察感染的發展情況，從而可以量化並研究發生的情況，」呂託夫說。「這是令人興奮的觀點。」 （Original Author： Giorgia Guglielmi; Source：EPFL）

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