有了人體器官的透明圖譜，3D列印人體器官的時代將到來？

2020-10-18 造就



研究人員首次成功地使完整的人體器官透明化。

他們利用顯微成像技術，揭示了細胞水平上透明器官的複雜底層結構。由此生成的器官圖可用作3D生物列印技術的模板。將來，這項技術可能為許多有需要的病人按照他們的需求生產人工器官。

這項研究的結果發表在《細胞》雜誌上。


透明的人腦影像圖

在生物醫學研究中，「眼見為實」。由於缺乏在細胞水平上對器官成像的技術，破譯人體器官的結構複雜性一直是一個重大挑戰。在此前，研究人員已經獲得了透明小鼠器官在細胞水平上的完整3D視圖，但該方法並不適用於人體器官。

由於不溶性分子的積累，以及組織中膠原蛋白的積累，人體器官特別「僵硬」。因此，使小鼠器官透明的傳統洗滌劑對人體器官，尤其是成人器官不起作用。

「我們必須徹底改變方法，從零開始，找到能夠使人體器官透明化的新化學物質，」德國亥姆霍茲聯合會（Helmholtz Zentrum München）的博士生、這項研究的第一作者Shan Zhao說。

經過反覆試驗，研究小組發現一種叫做CHAPS的洗滌劑可以在「僵硬」的人體器官中製造出小孔。由此一來，CHAPS允許其他的解決方案深入數釐米厚的人體器官，並將其轉換為透明結構。

完整的透明人眼球影像

在使人體器官透明化後，該團隊開始著手對器官成像得來的大量數據進行分析。

首先，他們研製出一種名為「超顯微鏡射線」（Ultramicroscope Blaze）的雷射掃描顯微鏡。這種顯微鏡具有很強的取樣能力，使研究人員能對腎臟一樣大的人體器官進行成像。

接下來，該團隊與來自慕尼黑工業大學的Bjoern Menze教授一起開發了深度學習算法，以分析數億個細胞的三維影像。

研究人員將這項新技術命名為SHANEL，英文意思是「小型膠態離子介導的人類組織高效清除和標記」技術。

「SHANEL可能在不久的將來會發展成為繪製完整人體器官的關鍵技術。這將大大加快我們對大腦等器官的理解，」 亥姆霍茲聯合會組織工程和再生醫學研究所所長Ali Ertürk博士解釋道。

人體腎臟的成像圖

這項技術的最終目標是人工器官的三維列印。細胞級別的人體器官掃描圖可利用三維生物列印技術來製造大型人體組織和器官。為了實現這一目標，Ertürk和他的團隊目前正在繪製主要人體器官的圖譜，首先是從胰腺、心臟和腎臟開始。

Ertürk說：「數十萬人面臨器官捐獻的嚴重短缺。對人體器官細胞結構的詳細了解使我們向按需製造人體的功能器官又邁進了一大步。」

（本文未經造就授權，禁止轉載。）

文字 | 黃一成
版面 | 田曉娜


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