日前，哈佛大學John A. Paulson工程與應用科學學院（SEAS）與哈佛Wyss生物工程研究所組成的一個科學家團隊已經發明了一種方法，可以用人類干細胞、細胞外基質和內襯血管內皮細胞的循環通道3D打印出厚實的血管化組織構造。最終形成的包含在深層組織內的血管網絡能夠使液體、營養物質和細胞生長因子均勻地灌注于整個組織。這項重大突破已經于2016年3月7日發表在了《 Proceedings of the National Academy of Sciences》雜志上。
“這項最新的成功擴展了我們的多材料生物打印平臺打印更厚的人體組織的能力，使我們進一步接近于創建出可用于組織修復和再生的結構。”這項研究的高級作者、Hansörg Wyss生物工程教授Jennifer A. Lewis說。
到目前為止，科學家們在使用各種細胞類型構建更大的人體組織的道路上遇到的最大障礙是缺少可靠的方法將能夠維持生命的血管網絡嵌入組織內部。這也是Lewis及其團隊此次研究成果的重大意義所在。
據了解，在其之前工作的基礎上，Lewis她的團隊將可3D打印的組織厚度增加了近10倍，從而為下一步的組織工程與修復開辟了廣闊的道路。該方法將血管管路與活細胞和細胞外基質結合起來，使該結構能夠像活體組織那樣發揮作用。在研究中，Lewis及其研究團隊證明，他們3D生物打印的組織可以維持像活組織結構那樣的功能超過六個星期！
在研究中，Lewis的團隊展示了他們3D打印足有一厘米厚的組織的過程，該組織包含了人骨髓干細胞，這些干細胞被結締組織包圍著。為了展示該組織的功能，科學家們通過支持的血管系統注入了抽骨生長因子，然后在一個月內誘導干細胞發展為骨細胞。值得一提的是該血管系統內部擁有與真正的血管同樣的內皮細胞。
"這項研究將有助于我們為生物打印血管化的活組織建立起基本的科學認知。”來自資助了該項目的美國國家科學基金會（NSF）的官員Zhijian Pei說：“這類研究將進一步擴展3D打印的人體組織在藥物安全、毒性篩查方面的應用，并最終可用于組織修復和再生。”
據了解，Lewis教授全新的3D生物打印方法主要使用一種可自定義的3D打印硅膠模具來容納和扶持打印的組織結構。在這種模具里，研究人員首先打印出血管管路網格，然后再在上面打印含有活體干細胞的油墨。需要指出的是，這些油墨是可以自我支撐的，其強度足以在該結構尺寸隨著逐層沉積而不斷增長的過程中保持形狀。在這個基礎性血管網格內部的交叉路口，研究人員會打印血管立柱，這些血管網格相互連接，就在整個干細胞堆積的組織內部形成了一個無所不在的微血管網絡。在打印之后，一種由成纖維細胞和細胞外基質組成的液體會填進3D打印組織周圍的開放區域，交聯其整個結構。
最終產生的軟組織充滿了血管，然后研究人員通過該硅膠模具兩端的出入口可以向該組織灌注營養物質，以保證細胞存活。而無所不在的血管系統則通過將細胞生長因子運送至整個組織的所有地方來促進干細胞的分化。
研究人員們稱，如果要實現各種形狀、厚度和成分的組織，可以通過設計3D打印硅膠模具的形狀以及調制擁有不同細胞類型的細胞油墨來實現。
“擁有了這種在組織內的預制血管，使我們能夠增強組織深層的細胞功能，并通過灌注營養物質和生長因子等物質來調節這些細胞的功能。”該項研究的第一作者之一David Kolesky說
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