哈佛大学 Wyss 创造了一种 3D 打印血管的新方法——让我们离人造器官更近了 – 3D打印行业资讯网

哈佛大学维斯研究所的科学家开发了一种 3D 打印血管的新方法，可以复制人体血管系统的复杂结构。该团队与约翰·A·保尔森工程与应用科学学院 (SEAS) 合作，在寻求创建体外生长的功能性可植入器官方面迈出了重要的一步。

这项新技术称为同轴 SWIFT (co-SWIFT)，可以创建嵌入人体心脏组织的血管网络。这些网络有一个中空的“核心”，周围环绕着平滑肌和内皮细胞的“外壳”，模仿血管的自然结构。

此外，这项创新建立在之前的 SWIFT 生物打印技术的基础上，该技术使科学家能够在活体基质中打印中空通道。 SWIFT 于 2019 年开发，是一项突破，因为它允许研究人员在活体基质中打印中空通道，在充满活细胞的组织状材料内创建通道。这些中空通道对于模仿血管的基本结构非常重要，为营养物质和液体提供流经组织的路径。然而，这些通道只是简单的中空空间，缺乏使真正的血管坚固并能够承受血压的层。

据科学家称，co-SWIFT 不仅通过创建空心通道，而且还添加了反映我们体内实际血管的多层结构，将这一点提升到了一个新的水平。通过 co-SWIFT，3D 打印的血管具有一个流体可以流过的核心，周围是平滑肌和内皮细胞的外壳。这种内壁使血管更加强大，并使它们的功能更像天然血管。通过添加这些层，co-SWIFT 创建了一个可以承受血流压力的系统，使其比原来的 SWIFT 方法有了重大改进。

SEAS 研究生、该研究的第一作者 Paul Stankey 解释说，该团队的突破在于他们的核壳喷嘴设计。喷嘴有两个流体通道：一个用于基于胶原蛋白的外壳墨水，另一个用于基于明胶的核心墨水。这使得血管不仅能够形成复杂的分支结构，而且足够坚固以承受血流的内部压力。研究小组创建了可以支持活组织的血管网络。

为了测试用 SWIFT 打印的血管，该团队使用了两种无细胞材料，其中一种由胶原蛋白制成，它非常模仿活体肌肉组织。打印后，他们融化了明胶核心，留下了血液流动的开放通道。然后研究人员将平滑肌细胞添加到外层，将内皮细胞添加到内层，使血管像真正的血管一样工作。经过 7 天的测试，血管壁仍然坚固，内皮细胞的存在使其渗透性降低，这表明血管功能正常。

然而，当科学家将他们的技术应用于活体人体组织时，真正的考验到来了。他们创建了称为器官构建块（OBB）的微小人类心脏细胞簇，并将它们压缩成致密、坚固的结构。这种致密的基质创造了一个更像组织的环境，类似于细胞在真实人体器官中紧密堆积的方式。通过这样做，他们为使用 co-SWIFT 方法在活体组织中打印血管奠定了基础，使其成为打印血管如何在真实人体组织中发挥作用的更现实的测试。

在基质中成功打印脉管系统后，去除明胶核心并用内皮细胞灌注血管。心脏组织“反应良好”，在灌注模拟血液的液体五天后同步跳动。这种同步跳动表明组织健康且功能正常。

除了证明这些血管可以支持活体组织外，科学家们“还能够根据真实患者数据成功 3D 打印左冠状动脉脉管系统模型，证明 co-SWIFT 在创建患者特异性血管化人类血管方面的潜在效用器官”合著者之一兼导演詹妮弗·刘易斯说 Hansjörg Wyss 生物工程教授 在海洋。

该专家还指出，该小组计划通过创建毛细血管网络来继续这项工作，毛细血管网络负责交换在微观尺度上充分复制人体组织功能所需的营养物质。

尽管实现适合移植的实验室培养器官的道路仍然很长，但这一成就代表了令人难以置信的进步。

维斯研究所创始人兼所长、该研究的合著者唐纳德·英格伯（Donald Ingber）赞扬了该团队的努力：“说在体外创建功能性活人体组织具有挑战性是一种轻描淡写的说法。我为这个团队所表现出的决心和创造力感到自豪，他们证明了他们确实可以在活的、跳动的人类心脏组织中创造出更好的血管。我期待着他们在有一天将实验室培养的组织植入患者体内的探索中继续取得成功。”

英格贝尔也是 Judah Folkman，血管生物学教授 在哈佛医学院和波士顿儿童医院 Hansjörg Wyss 生物工程教授 在海洋。

维斯研究所创始人唐纳德·英格贝尔。

这项技术的潜在应用远远超出了器官移植的范围。除了创造人造器官之外，复制复杂血管系统的能力还可以为药物开发、疾病建模和再生医学打开大门。科学家可以在实验室中创建更准确的人体组织模型，使他们能够以以前不可能的方式研究疾病和测试治疗方法。

研究发表在期刊上 先进材料得到了海军研究办公室和国家科学基金会的支持。在此成功的基础上，该团队目前正在探索刺激 co-SWIFT 的后续步骤，重点是增加打印血管网络的复杂性并改善其与活体组织的整合。

图片由哈佛大学维斯研究所提供。