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血管都能打印了,器官还会远吗

发布时间:2016-12-26 10:33:22

 

3D打印心脏模拟图

 

 

蓝光英诺团队成功将人造血管植入猴子体内

一只6岁大的恒河猴被手术单覆盖,安静地躺在手术台上。围绕它,几位身穿手术服的科研人员忙碌着。两个小时后,它成为了一只拥有3D打印血管的猴子。

日前,四川蓝光英诺的科研团队成功将3D生物打印血管植入恒河猴体内,实现血管再生。本报已于15日简要报道这一消息。

血管是如何“打印”出来的?这项技术的核心理念是什么?国际上都有哪些相关进展?血管是3D生物打印中的关键一环,这次突破后,器官打印还会远吗?

【现场直击】

长成完整的血管

一段内径4毫米、长度2厘米的“血管”,使用前会被盛放在保温箱内。这段白色“血管”的性状,看起来与普通人工血管无异。科研人员就是用它置换了恒河猴的一段腹主动脉。

“血流频谱非常一致。”来到华西医院再生医学研究中心,高级技师孙效容正给一只植入3D打印血管70天的恒河猴做超声检测。这样的检测,每两周做一次。孙效容和同事会检测猴子血管中是否出现血栓,以及植入的血管与其自身血管的相融情况。孙效容指着CT造影三维重建图像上的圆环状图案说,“内膜已经分层,意味着打印细胞已经长成了一个完整的血管的形态。”

截至今年121日,该团队已在30只恒河猴体内进行3D生物打印血管体内植入实验,实验动物术后存活率为100%;植入血管功能的观察从植入后1天开始到最长104天,各项生理指标均未发现异常。

【技术核心】

调动自主再生能力

此次突破的一个关键词,是“内皮化”。这么说不仅仅是因为该项目的名称为“3D生物打印促进人工血管内皮化”。

内皮化指自身血管内膜的最表层细胞,向人工血管的管腔表面生长,形成一层内皮细胞的膜状组织。自体血管与人工血管的主要区别是有无内皮细胞衬里,适度血管内皮化有利于血液流动的动力学改变。因此,使人工血管内皮化,极其重要。

“千人计划”专家、四川蓝光英诺生物科技股份有限公司首席科学家康裕建教授告诉记者,他们先从恒河猴身体中取出约5克脂肪,提取出脂肪间充质干细胞制备成“生物墨汁”,再用带有两个喷头的3D生物血管打印设备,打出具有生物活性的人工血管。“生物墨汁”由“生物砖”组成,“生物砖”是一种精准的具有仿生功能的干细胞培养体系。

5天之内,内皮层就会出现,同时平滑肌层也会出现。28天,所有这些组织分化都能完成,我们移植进去的组织基本和正常的组织没有区别。”康裕建说。

这一技术的核心理念是在不对干细胞加以修饰的前提下保持干细胞干性,通过调动体内自主再生能力,实现机体自主调节组织再生和功能恢复。这是对目前在干细胞研究与应用过程中对干细胞进行人为诱导、分化等方向认知的根本性重大挑战。

【前景分析】

打印器官意义非凡

美国田纳西大学分子资源中心执行理事唐纳德·托马森教授对此成果评价:“世界各地都在发展生物材料3D打印,这个项目的成果是我见过最成熟的。”他预计,通过临床试验,技术有望在510年内大规模使用。

那么这项技术的用武之地在何处?

蓝光英诺表示,3D生物血管打印未来主要应用于心血管疾病领域。目前全球约有17亿人受到心脑血管疾病困扰。其传统疗法是人造血管植入与支架搭建手术,但过去的人造血管不是生物材料,无法产生内皮细胞,其进入生物体后容易发生堵塞、凝血等问题。而解决了内皮化问题但生物血管,则能够生成血管内皮细胞,保证血液流动畅通。

那说好的器官打印呢?

自从3D生物打印技术甫一出场,我们就憧憬着3D生物打印技术与医疗技术深度结合,未来将逐步发展至成熟人工组织器官体外制造技术。但其难度不可谓不大,我们先看看在即将过去的一年里,世界范围内,3D生物打印技术的进展。

今年2月英国《自然·生物技术》报告显示,研究人员已经利用新开发的3D生物打印系统打印出人造耳朵、骨头和肌肉组织;同期,美国韦克福雷斯特大学研究团队开发出“组织和器官集成打印系统”,可将含有活性人体或动物细胞的水基凝胶与可生物降解的聚合材料结合作为打印材料,有助于人造器官形成稳定结构,并能在人造器官中打印出许多类似血管的微小通道,通过这些通道获取氧气和营养物质;10月,新加坡研究人员发明一种3D打印支架,该支架能够生长出骨头,并可以用于患者牙齿被拔掉之后放置牙科植入物,研究人员表示,3年内正式推出3D打印支架。

我们发现,包括之前见诸报道的生物打印成果,多是骨骼、骨架或者模型等应用,而非成熟的器官,其背后原因是研究人员还未很好解决生物活性的问题。

据分析,除了细胞技术、生物材料和制造平台的难点,要实现器官可打印,血管系统亦尤其重要。大部分人体组织和器官都有血管系统,有足够供血才能保持生物活性。如无相应血管系统,即使能制造出器官替代品,也难以长时间存活。有业内人士认为,3D生物打印出有血管系统的组织器官,并且能融合于人体整个血液循环系统是能否实现这个行业的最终目标的最大挑战。

此次实验的成功,证明人工血管内皮化问题可以通过3D生物打印的方式解决,因此对再生医学未来临床应用具有重要意义。中国工程院院士戴尅戎的评价更让人充满期待,“主要价值不是打出一根血管,而是通过打出一根血管,解决了一个怎么供应血管细胞和各种活性物质的手段。这种手段将来打印血管有用、打印肝脏有用、打印肾脏也有用。”

3D打印人造器官这种以活细胞为原料打印活体组织的技术,通过在体外或体内直接打印活体器官组织,替换失去功能的器官或组织,一定程度上可以解决移植供体不足等问题。如果我们的受损器官能够被修复,人类将进一步走近健康长寿的目标,还能杜绝目前的器官移植交易问题。

至少,3D生物打印器官成熟之后,苹果再出新iPhone,卖肾不再是买手机的好办法了。(科技日报)

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