细看3D打印技术如何推动现代医学的进步(2)
3. Biomaterials：什么?菠菜可以用来做心脏组织?
研究人员已经成功地使用菠菜叶来造出具有完整血管、能输送血液的的功能良好的人体心组织。为了解决捐助器官长期的短缺问题，科学家一直致力于在实验室里培养各种组织甚至整个器官。 但是培养细胞只是解决方案的一部分 ——如果没有恒定的血液供应，他们根本就不会茁壮成长。
构建可以工作的精细血管(也称为脉管系统)网络是非常困难的，特别是毛细血管，只有5到10微米宽。 血管的功能是传输这些组织样本所需的氧气和营养。现在由伍斯特理工学院(WPI)的科学家领导的团队已经通过使用植物中已存在的微小的静脉网络，将菠菜叶成功地转化为活的心脏组织。
科学家在他们的文章中写道：“植物和动物用来输送液体、化学物质和大分子的方法从根本上是不同的，但是在血管网络结构方面也有惊人的相似之处。“研究人员不用试图从头开始构建脉管系统，他们只需剥离菠菜叶，直到仅剩将叶子保持在一起的精细纤维素结构。
植物中的纤维素是实验室生长样品中使用的重要材料，因为它已经被很好地研究过，与生物组织相容，而且还便宜--植物资源非常丰富且容易生长。 在这项研究里，科学家是在当地市场上购买的菠菜。为了获得菠菜的细小血管结构，该团队通过在叶子中循环一种洗涤剂溶液来将植物细胞冲走，这个过程称为脱细胞。
首席研究员Joshua Gershlak说：“我之前已经对人类心脏进行了脱细胞化工作，当我看着菠菜叶时，它让我想到主动脉。”“所以我想，让我们来灌注植物的茎。我们一开始不确定它会奏效，但事实证明这个方法是容易且可复制的，它在许多其他植物上也奏效。”
该团队还剥离了欧芹和甜蒿的叶子，并在花生植物毛根中也用了此技术。他们期望通过进一步的研究，让为不同的组织选择不同的植物成为可能——例如，木材的结构可能在骨骼工程中是有用的。为了在真实的组织样品中测试纤维素支架，他们最终使用菠菜，因为它和心脏组织一样具有高密度的输送管。研究人员将菠菜叶血管结构与心肌细胞接种，他们兴奋地看到，在几天之内，心脏细胞就像人体组织一样开始自发收缩。
Gershlak说：“现在的想法是，既然我们已经得到具有血管网络的非常薄而平坦的组织，所以我们应该能够叠加多个叶子并创建一块心脏组织。”心脏组织移植对于心脏病发作后，心脏已经损伤、不能再愈合的患者是有用的。到目前为止，这项研究只是一个概念证明，而且该团队仍在寻找将其与活的人体组织结合在一起的方式。研究人员写道：“目前尚不清楚植物脉管系统如何融入人身上的脉管系统，以及是否存在免疫反应。”但该团队总体来讲还是十分乐观的。
WPI实验室的生物医学研究员Glenn Gaudette说： “我们真的相信这种支架能够帮助治疗。 我们还有更多的工作要做，但到目前为止这是非常有希望的。”“此方法简单到只需要资源丰富的菠菜叶，并把它变成一种有血液流经的组织，这真是非常令人兴奋的，我们希望它能够在此领域取得重大进展。 “这不是科学家在培养组织时第一次在植物上寻求启发——加拿大渥太华大学的Pelling实验室去年成为头条新闻，他们的项目是用苹果切片生长人类耳朵。
而不仅仅是生物组织科学家们在植物系统内部探索——上个月，研究人员成功地发展了一个“机器人玫瑰”，其茎叶和叶子内部具有电子循环功能。使用菠菜也不是创建人体组织血管网络的唯一方法。 科学家一直在研究使用3D打印来创建血管，并且刚刚有少量成功案例被报道。时间会证明，哪种方法在实验室外更可行，但这绝对是一个令人兴奋且瞩目的发现。
4. mBio & eLife：利用小型3D球体模型就能够有效抵御结核病
近日，来自南安普敦大学等机构的研究人员通过研究开发了一种在实验室用于研究人类机体感染的新型3D模型，文章中研究人员利用静电封装技术制造出了一种小型3D球体，其能够在被结核分枝杆菌(TB)感染的人类细胞中产生密切反映患者机体疾病的状况，相关研究刊登于国际杂志mBio和eLife上。
这种新型3D球体能够帮助研究人员深入研究机体感染结核病时所发生的事件，同时研究者也希望基于本文研究结果开发出新型的抗生素疗法和抵御结核病的疫苗。研究者Paul Elkington教授说道，这是结核病研究领域的一项重大研究进展，这种3D球体能够在胶原蛋白基质中被创建以便其看起来和人类肺部非常相似，与此同时也能够产生一种特殊环境来使得治疗患者的特殊抗生素能够有效杀灭引发肺结核的细菌，目前这在其它2D模型系统中还无法实现，这种新系统或将加速研究人员寻找治疗人类结核病新型疗法及开发疫苗的速度。
此外，这种新型3D球体结构还能够将整个实验过程延长至三周，是标准2D模型系统的4倍多，还能够为科学家们提供更多信息来阐明患者机体感染的发生过程以及不同干预措施对患者疾病的效果。
下一个阶段研究人员希望同位于德班的非洲卫生研究院的研究人员进行合作研究，目前在德班有着较高的结核病发病率，而且研究人员也希望尽快引入这种3D模型来对高风险结核病患者机体的细胞进行深入研究。
研究者Elkington补充道，我们很高兴能够对研究进一步扩展，并且联合多个专家开发新一代的实验室系统来用于更多疾病的研究，尤其是那些在资源匮乏国家中比较流行的传染性疾病;同时我们也将利用所开发的新型3D模型来同对临床样本进行研究的工程学和生物学方法进行整合，最终开发出用于研究人类机体感染的全新系统。
来自非洲卫生研究院的研究人员Al Leslie博士表示，目前我们同很多传染病专家以及工程师在一起工作，我们坚信通过长期的联合研究定能在结核病领域的研究取得突破性的研究成果，同时我们也希望能够开发出新型疗法来有效抵御结核病的传播，当然本文中所开发的新型3D模型也将会加速我们在抵御致死性疾病传播领域的发现步伐。
(责任编辑：admin)
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