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解決方案

BioP3技術(shù):通向生物打印人體器官的另一條路

來源:天工社2015-01-04 我要評(píng)論(0 )   

有一項(xiàng)新技術(shù)有可能引起醫(yī)療行業(yè)的革命,它有可能實(shí)現(xiàn)完整器官比如肝臟、胰腺或者腎臟的按需制造,以解決目前可移植器官短缺的問

 有一項(xiàng)新技術(shù)有可能引起醫(yī)療行業(yè)的革命,它有可能實(shí)現(xiàn)完整器官比如肝臟、胰腺或者腎臟的按需制造,以解決目前可移植器官短缺的問題。盡管雖然仍處于原型階段,但BioP3技術(shù)的開發(fā)人員已經(jīng)獲得了來自美國國家科學(xué)基金會(huì)(NSF)支持資金,這使得他們更加接近實(shí)現(xiàn)自動(dòng)器官打印。

        這個(gè)BioP3技術(shù)是由布朗大學(xué)生物工程師Jeffrey Morgan和Warren Alpert醫(yī)學(xué)院和羅德島醫(yī)院手術(shù)研究員Andrew Blakely博士共同開發(fā)的。這個(gè)“BioP3”技術(shù)中的P3,代表“拾?。╬ick)、地點(diǎn)(place)和灌注(perfuse)”。這項(xiàng)技術(shù)借鑒了制造電子元器件的高速流水線上的“拾取、放置”原則——在流水線上電子部件被拾取,然后精確地放置到位,以便形成一個(gè)整體。

        而在BioP3技術(shù)中,用于生成活體器官的是包含了幾千到幾百萬個(gè)活細(xì)胞的3D微組織。該設(shè)備拾取大型、復(fù)雜的多細(xì)胞構(gòu)建成部件,然后將它們輸送到一個(gè)生成區(qū),并精確將這些部件放置在所希望的位置,同時(shí)灌注他們(即使用穩(wěn)定、連續(xù)的液體流,為它們帶來營養(yǎng)并帶走廢棄物)。

        “對(duì)于我們來說,這是令人興奮的,因?yàn)樗且粋€(gè)構(gòu)建組織的新方法,很有可能用來制造器官——通過逐層將大型、復(fù)雜活體部件層積在一起。”Morgan說。這種方法與3D生物打印技術(shù)不同,后者被認(rèn)為最終能夠?qū)崿F(xiàn)人體器官的人工制造。當(dāng)前的3D生物打印技術(shù)主要涉及植入細(xì)胞的生物材料的逐層沉積,每次只能打印一滴。“我們的做法則要快得多,因?yàn)樗褂昧祟A(yù)裝配好的活體部件,該部件具有一定的功能形狀,而且每個(gè)部件的低級(jí)都千倍于單個(gè)細(xì)胞。”Morgan說。

        Morgan的微成型技術(shù)將細(xì)胞植入無粘著力的微型模具,在微型模具里不同類型的細(xì)胞自組裝成預(yù)定的形狀,例如球形、桿形、類似甜甜圈的環(huán)性或蜂窩狀,最終形成微組織。使用BioP3技術(shù),科學(xué)家將有可能通過將活體微組織結(jié)合起來構(gòu)建出更大的組織。研究人員已經(jīng)將關(guān)于BioP3技術(shù)的論文發(fā)表在了最新一期的《Tissue Engineering Part C》里。

        BioP3裝置看起來像一個(gè)小小的透明塑料箱,一個(gè)挑選出來的微組織被存儲(chǔ)在中央腔室中。一個(gè)噴嘴被連接到各種管子和一個(gè)顯微鏡般的臺(tái)子上,這個(gè)噴嘴主要用來通過吸力拾取微組織。然后操作人員可以精確地移動(dòng)各個(gè)微組織部件到指定的地方,逐步建立一個(gè)3D生物結(jié)構(gòu)。該微組織被封閉在液體和噴嘴內(nèi)的管道產(chǎn)生液體吸力,使得噴嘴能夠拾取、攜帶、釋放活體微組織,并且不會(huì)對(duì)它們?cè)斐扇魏螕p壞。

        經(jīng)過一段時(shí)間,微組織結(jié)合在一起,形成了一個(gè)單一的結(jié)構(gòu)。“這個(gè)項(xiàng)目特別吸引我的地方是,它是大尺寸組織工程領(lǐng)域中一種前所未見的全新方法。”Blakely說。

        該論文展示了Blakely創(chuàng)建的多個(gè)不同的生物結(jié)構(gòu),包括一摞16個(gè)甜甜圈環(huán)和一摞個(gè)四個(gè)蜂窩狀結(jié)構(gòu)。其中這一摞蜂窩體達(dá)到了一百萬個(gè)細(xì)胞,厚度超過2毫米,盡管這么多細(xì)胞對(duì)于一個(gè)完整的器官而言仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,但證明了該蜂窩體具有與人類器官一致的器官密度。

生物工程化組織的蜂窩體可以堆疊并組織成更大的活體結(jié)構(gòu)。 圖片:布朗大學(xué)

        該BioP3裝置的原型主要是從家得寶購買的零部件組裝而成的,成本不到200美元,但由于它是手工操作,所以Blakely花了1個(gè)小時(shí)才堆起來薄薄的16個(gè)“甜甜圈環(huán)”。開發(fā)人員希望以后這些過程能夠自動(dòng)完成,不僅能夠提高構(gòu)建速度,而且可以獨(dú)立精確地組裝大型、高密度的組織。

        幸運(yùn)的是,2014年9月份,研發(fā)團(tuán)隊(duì)獲得了來自美國國家科學(xué)基金會(huì)一筆140萬美元、為期三年的資助。研究人員將會(huì)把這筆資金用于實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的自動(dòng)化,并將其用于研究如何構(gòu)建大型的活體組織、它們?cè)谳^長一段時(shí)間里將如何表現(xiàn)、以及他們的形狀將如何演變等。

        “我們只是剛剛了解我們可以制造什么樣的活體組織,以及這種活組織如何用來設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中的血管網(wǎng)絡(luò)。”Morgan說。“制造一個(gè)器官是生物醫(yī)學(xué)工程的巨大挑戰(zhàn),我們已經(jīng)朝著這個(gè)方向邁出了顯著的一步。”

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BioP3技術(shù)生物打印人體器官
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