3D列印器官?!對,你沒有看錯

2021-02-13 浙江大學
　　以為3D列印只能列印文具、列印衣服、列印模具配件嗎？！NO，你OUT了！　　3D列印器官，對，你沒有看錯！我浙機械工程學院傅建中教授課題組日前開發出一種全新的器官列印工藝，在列印組織結構的同時列印出內部的營養輸送通道，成功解決了3D列印細胞的營養維持問題。　　有了營養，細胞就能「活」得更久，這使得大尺寸器官3D列印成為可能！

在共聚焦顯微鏡及掃描電鏡下的流道結構

列印出的含營養通道網絡的二維及三維凝膠結構

　　傅建中教授課題組這項研究的相關論文「Coaxial nozzle-assisted 3Dbioprinting with built-in microchannels for nutrients delivery」（營養通道同步製造的器官列印方法）5月19日在線發表在《Biomaterials》（《生物材料》）雜誌上。論文第一作者為博士生高慶，通訊作者為課題組的賀永副教授。

　　器官列印，是用3D列印的辦法，將含細胞的生物墨水進行一層層的精確可控沉積，從而構造出含細胞的三維結構，再加以後續培養，以獲得想要的組織。3D列印人造器官的前景很美，如果徹底實現，那麼當前器官移植的巨大缺口將得到緩解；科學家還可以直接拿人造器官來做前期的藥物篩選實驗。

　　而列印「活物」遠比列印一般的三維模型困難許多。「營養輸送是器官列印的三大關鍵難題之一。」賀永說，目前，擺在器官列印的面前的有「三座大山」：一是尋找合適的凝膠材料，把細胞包裹起來列印成型；二是組織列印「成型」後，如何對細胞輸送營養，實現體外培養；三是培養過程中，如何調控培養環境使得獨立的細胞個體融合成功能性組織。

　　「組織內遍布纖細的血管，它們是輸送營養的流道。我們要在體外重構這『血管』。」賀永介紹，這是3D列印的一個熱點問題。由於凝膠材料非常軟，現有思路多為先列印組織，再構造流道的「二次列印」法，效果不夠理想。

　　賀永課題組的思路，是同時列印組織結構和營養輸送流道——一次成型！在一次實驗中，他們偶然發現使用同軸噴頭擠中空凝膠絲時、擠出的兩條凝膠絲可以融合在一起，並具有一定的強度。「由於凝膠纖維內部是中空的，那應該能利用其進行營養輸送，」賀永說，受此啟發，課題組用了一年的時間，嘗試基於中空凝膠纖維進行器官列印。

　　一次成型的工藝是否可靠？賀永說，除了在工藝上方便快捷之外，一系列實驗也證明了這一工藝的優越性：流道不但能穩定輸送營養，能讓大分子營養物質滲透到細胞中去，此外有或沒有我們的流道，細胞的活性大相逕庭。」

　　據介紹，目前的器官列印受限於營養輸送問題，導致很多區域營養難以有效輸送，導致後續的培養失敗，因此器官尺寸無法擴大 。「我們的這一工藝將為接近真實尺寸的器官製造提供可能。」賀永說，這一方法還可以廣泛應用於片上器官、凝膠基微流控晶片、細胞傳感器晶片、藥物篩選晶片等領域。

　　「當然我們只是初步解決了器官列印中的一個問題而已，實現器官製造的終極目標：器官列印還需要諸多學科的科學家持續不斷的努力。」

（文：周煒）

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