盡管在世界各地的很多生物實驗室里正在進行著一場關(guān)于使用3D打印技術(shù)制造可移植器官的競賽，但是他們中間的大多數(shù)團隊都面臨著一個同樣的障礙：如何使用患者自身的細胞，或者加上某種聚合物形成具有微小而且具有生物相容性的血管，并使其具有運送氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)的能力？近日，由賴斯大學和賓夕法尼亞大學的科學家組成的一支生物工程團隊可能已經(jīng)找到了解決方案。正如他們在最近的一份論文中介紹的那樣，該團隊使用糖玻璃和硅膠創(chuàng)建了一種基本的血管系統(tǒng)有可能導致3D打印可移植器官和組織的研究突破瓶頸。

據(jù)了解，這項非常有前途的研究是由賓夕法尼亞大學水稻生物工程副教授兼外科副教授Jordan Miller領(lǐng)導的。其他參與研究的人員包括Renganaden Sooppan、Jason Han、Patrick Dinh、Ann Gaffey、Chantel Venkataraman、Alen Trubelja、George Hung和Pavan Atluri（賓夕法尼亞）。根據(jù)該研究團隊發(fā)表在《Tissue Engineering Part C: Methods》雜志上的一份報告稱，他們能夠創(chuàng)造出一種原生的血管系統(tǒng)，當該系統(tǒng)被連到某個小動物的模型上時，血液能夠很自然地流過。

從根本上說，這就為3D打印器官所面臨的最大障礙——如何確保血液到達植入的人工器官或組織中的每一個角落和縫隙——找到了解決方案。據(jù)Miller教授解釋說，組織工程專家通常要依靠病人自己的身體長出血管并且進入人工組織的支架里，這個過程可能需要幾個星期，并且不會與在體外制造的人工器官兼容——這些器官會在血管長到它們那里之前就已經(jīng)缺氧而死。

“我們有一種理論，也許我們不應該等待。我們想知道是否有一種方法來植入3D打印的結(jié)構(gòu)，然后我們可以將宿主動脈與該結(jié)構(gòu)直接連接并立即獲得灌注。在此項研究中，我們正在邁出第一步，也就是將一種類似的移植手術(shù)用于我們在實驗室里獲得的3D打印結(jié)構(gòu)。”Miller解釋道。

但問題是組織里的血管非常多。而且它還需要這些人造血管的入口和出口要足夠小，從而能夠直接連接現(xiàn)有的動脈和靜脈。為此，使用Miller在2012年最先發(fā)明的一種技術(shù)，生物工程研究生Samantha Paulsen和研究技術(shù)員Anderson Ta開發(fā)出了一個有趣的概念驗證，其中的靈感來自于由糕點師制作的糖玻璃籠子。通過逐層3D打印糖玻璃，他們創(chuàng)造了一種格子狀的血管。當硬化之后，他們將其用作硅膠的模具。在硅膠固化之后，留下了一個橡皮熊那么大的小型渠道網(wǎng)絡(luò)。“盡管看上去還不像器官中的血管，但是它們的確具有一些與器官移植相關(guān)的一些關(guān)鍵特性。我們創(chuàng)建了一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)有一個入口和一個出口，其直徑約為1毫米，而且這些主要的血管分支出更多較小的血管，其直徑都是600 到800微米。”Miller解釋道。

重要的是，這個帶入口/出口的創(chuàng)造物（概念驗證）使得他們能夠進行用來測試模型，這些模型是研究團隊在賓夕法尼亞州的外科醫(yī)生的幫助幫助下制作的。他們將這種小尺寸的“人造血管網(wǎng)絡(luò)”連接到動物模型的動脈上，發(fā)現(xiàn)它們可以通過這套渠道泵血液。使用多普勒成像技術(shù)，他們得以觀察到這套系統(tǒng)甚至能經(jīng)受得住血液產(chǎn)生的生理性壓力，完美、通暢地流動了高達3個小時。

雖然這一研究成果尚不能直接用于醫(yī)療應用中，但Miller教授認為這絕對是這一特定生物工程領(lǐng)域的一項突破。“這項研究朝著開發(fā)一個組織工程移植模型邁出了第一步，外科醫(yī)生從而可以直接將動脈與人工組織相連接。將來我們的目標是利用可生物降解的材料（包括活細胞）來替代這些可灌注的血管，以用于直接一直和長期監(jiān)測。”他說。