日前，哈佛大學(xué)John A. Paulson工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院（SEAS）與哈佛Wyss生物工程研究所組成的一個科學(xué)家團(tuán)隊已經(jīng)發(fā)明了一種方法，可以用人類干細(xì)胞、細(xì)胞外基質(zhì)和內(nèi)襯血管內(nèi)皮細(xì)胞的循環(huán)通道3D打印出厚實的血管化組織構(gòu)造。最終形成的包含在深層組織內(nèi)的血管網(wǎng)絡(luò)能夠使液體、營養(yǎng)物質(zhì)和細(xì)胞生長因子均勻地灌注于整個組織。這項重大突破已經(jīng)于2016年3月7日發(fā)表在了《 Proceedings of the National Academy of Sciences》雜志上。

“這項最新的成功擴(kuò)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(jìn)一步接近于創(chuàng)建出可用于組織修復(fù)和再生的結(jié)構(gòu)。”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(xué)家們在使用各種細(xì)胞類型構(gòu)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(wǎng)絡(luò)嵌入組織內(nèi)部。這也是Lewis及其團(tuán)隊此次研究成果的重大意義所在。

據(jù)了解，在其之前工作的基礎(chǔ)上，Lewis她的團(tuán)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(fù)開辟了廣闊的道路。該方法將血管管路與活細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)結(jié)合起來，使該結(jié)構(gòu)能夠像活體組織那樣發(fā)揮作用。在研究中，Lewis及其研究團(tuán)隊證明，他們3D生物打印的組織可以維持像活組織結(jié)構(gòu)那樣的功能超過六個星期！

在研究中，Lewis的團(tuán)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(xì)胞，這些干細(xì)胞被結(jié)締組織包圍著。為了展示該組織的功能，科學(xué)家們通過支持的血管系統(tǒng)注入了抽骨生長因子，然后在一個月內(nèi)誘導(dǎo)干細(xì)胞發(fā)展為骨細(xì)胞。值得一提的是該血管系統(tǒng)內(nèi)部擁有與真正的血管同樣的內(nèi)皮細(xì)胞。

"這項研究將有助于我們?yōu)樯锎蛴⊙芑幕罱M織建立起基本的科學(xué)認(rèn)知。”來自資助了該項目的美國國家科學(xué)基金會（NSF）的官員Zhijian Pei說：“這類研究將進(jìn)一步擴(kuò)展3D打印的人體組織在藥物安全、毒性篩查方面的應(yīng)用，并最終可用于組織修復(fù)和再生。”

據(jù)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(jié)構(gòu)。在這種模具里，研究人員首先打印出血管管路網(wǎng)格，然后再在上面打印含有活體干細(xì)胞的油墨。需要指出的是，這些油墨是可以自我支撐的，其強(qiáng)度足以在該結(jié)構(gòu)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(chǔ)性血管網(wǎng)格內(nèi)部的交叉路口，研究人員會打印血管立柱，這些血管網(wǎng)格相互連接，就在整個干細(xì)胞堆積的組織內(nèi)部形成了一個無所不在的微血管網(wǎng)絡(luò)。在打印之后，一種由成纖維細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)組成的液體會填進(jìn)3D打印組織周圍的開放區(qū)域，交聯(lián)其整個結(jié)構(gòu)。

最終產(chǎn)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(yǎng)物質(zhì)，以保證細(xì)胞存活。而無所不在的血管系統(tǒng)則通過將細(xì)胞生長因子運(yùn)送至整個組織的所有地方來促進(jìn)干細(xì)胞的分化。

研究人員們稱，如果要實現(xiàn)各種形狀、厚度和成分的組織，可以通過設(shè)計3D打印硅膠模具的形狀以及調(diào)制擁有不同細(xì)胞類型的細(xì)胞油墨來實現(xiàn)。

“擁有了這種在組織內(nèi)的預(yù)制血管，使我們能夠增強(qiáng)組織深層的細(xì)胞功能，并通過灌注營養(yǎng)物質(zhì)和生長因子等物質(zhì)來調(diào)節(jié)這些細(xì)胞的功能。”該項研究的第一作者之一David Kolesky說