根(gēn)据(jù)美(měi)国器(qì)官共享网(wǎng)络(UNOS)——管理全国器官移植系统的(de)非营利组织(zhī)的数据显(xiǎn)示,在美国平均平均每天有(yǒu)20人(rén)死于等待(dài)器官移植。虽然现在每(měi)年有超过3万例移植手术,但是还有超过11.3万名(míng)患者(zhě)在(zài)等(děng)候器官(guān)移植。所以人(rén)工制造的(de)人体器官(guān)已被视(shì)为解决(jué)这个(gè)问题的重要途(tú)径之一(yī)。
打印出“自行跳动的心脏”
目(mù)前(qián)来看,实验室里(lǐ)已可以人工培育(yù)出具备所需功能的细胞、脉管系统。这些人工培育的(de)人体器官被许多人(rén)视为能解决上(shàng)述这种移植器官短缺(quē)问题的重要(yào)途径,3D打印的(de)进步大大地(dì)提(tí)高了这种活体组织(zhī)构(gòu)造人工(gōng)培(péi)育水平。然而,迄(qì)今为止(zhǐ)所有(yǒu)3D打(dǎ)印的人体组织(zhī)仍存在缺(quē)陷,比如它(tā)们缺乏用于器官(guān)修复和替换所需(xū)的细胞密度以及某些功能性。
美国哈佛(fó)大学Wyss生物启(qǐ)发工程研究所和John A. Paulson工程与应用科学学院(SEAS)的(de)研究人(rén)员共(gòng)同(tóng)研(yán)发(fā)了一种叫SWIFT(sacrificial writing into functional tissue)的方法。它可以通(tōng)过(guò)将血管通道网络(luò)直接用3D打(dǎ)印的方法打(dǎ)印到活体器(qì)官的(de)3D构建(jiàn)模块中,以(yǐ)此来(lái)解决一些现存问题,甚至能(néng)够创(chuàng)建出更近似于器官大小且具备相应功(gōng)能(néng)的(de)较大组织结构,比如(rú)在七天内仍(réng)能自行跳动(dòng)的心脏组织。
构建活体组织的“血管”
SWIFT是(shì)一种全新(xīn)的组织(zhī)制造模式,它能够打印含有大(dà)量干(gàn)细胞衍生出的器官构建模块(kuài),能打印出构建活体(tǐ)组织所(suǒ)必需的血管系(xì)统(tǒng),它已(yǐ)不仅(jǐn)仅只是打印一个(gè)个微小的细胞。而它的(de)运作(zuò)过(guò)程相对(duì)简单,只有两个(gè)步(bù)骤:第一步,将数(shù)十万个由干(gàn)细胞衍生的聚集体形成一个密集的活(huó)体基质构建模块——这种基质每毫升含有约(yuē)2亿个细胞。第二步,将(jiāng)氧(yǎng)和其他(tā)营养(yǎng)物通过打印的血管系统输(shū)送(sòng)到细胞内部,然后将这个血(xuè)管系统嵌入活体基质(zhì)构建模块中(zhōng)。从这些模块中形成的最终出品物,不仅能(néng)达到类似于人体器官的高(gāo)细胞密度,其基质的黏度(dù)还能够保证其内(nèi)部(bù)可以放入3D打印出(chū)的可持续灌注营(yíng)养物质及氧的血管系统(tǒng),以模仿真正(zhèng)的人体器官。
在这(zhè)项技术中,研究人员能够将通(tōng)道的直径从(cóng)400微米(mǐ)变(biàn)为1毫米,并将(jiāng)它(tā)们无(wú)缝连(lián)接,形成组织内(nèi)的分支血管网络。所以(yǐ)使用SWIFT技术嵌(qiàn)入的血(xuè)管系统能以这种方式“存活”。如果没有这(zhè)些血(xuè)管系统(tǒng),这(zhè)种组织结构12小时内可能已开始经历(lì)细胞批(pī)量死亡。
研究(jiū)人员表示,把干细胞研究人员的最新进展与新开发的生物打(dǎ)印方法相结合,SWIFT技术就将极大地推(tuī)动全球人体器官工程领域的发展,朝着在体(tǐ)外创造功能性人体(tǐ)器官的目标迈出一大步。这(zhè)项研(yán)究最终有可能大大改善器官工程,并成功延长(zhǎng)许(xǔ)多自身器(qì)官衰竭(jié)的患者的寿命。
目(mù)前研究(jiū)人员正在尝试(shì)将这些人造(zào)组织植入动物模型体内,并探索它们的“宿主整(zhěng)合(hé)”过(guò)程。它正是“3D器官工程计划”的一个重(chóng)要部分。