加州大学圣地亚哥分校陈绍琛团队Sci.Adv.：高细胞密度、高精度3D生物打印！

时间：2023-03-07 14:32 来源：高分子科学前沿作者：admin 阅读：次

      科幻小说里常常畅想未来将拥有发达的医疗技术，即使一个人因为意外或疾病导致器官损坏，也可以立即移植上一个新的器官并恢复健康。而在现实中，器官移植始终受限于供体短缺的问题，很多需要器官移植的患者在等待器官供体的过程中耗尽了生命。即使幸运地得到了器官移植，免疫排斥反应也始终是悬在患者头顶的达摩克利斯之剑。
      今天，科学家们正在研究生物3D打印技术。这项技术是使用模拟细胞间质的生物材料和生物活细胞作为原料，以生物组织和器官为蓝图，制造“活”的人造组织和器官的技术。人造组织和器官现已应用于测试药物的安全性和有效性，尤其是，使用患者自身病变部位的细胞制造的人造组织和器官在判断药物和疗法对该患者的疗效方面具有无可比拟的优势。在未来，人造组织和器官也可以用于辅助组织再生或器官移植，既避免了供体不足的问题，也因使用患者自身细胞制造器官从而不会造成免疫排斥反应。
       尽管未来可期，这项技术目前还面临着很多挑战。比如说，目前人造组织内含有的细胞密度比真实的动物器官的细胞密度低2个数量级以上。还有，目前的加工技术的分辨率还难以在高细胞密度的人造组织内加工出血管网络来。如果把器官比作一个城市的话，那么一个健康的器官就像一个大都会，可以高效地产出产品和服务。一旦人口密度低于一定的阈值，那么信息交流和物质运输将被阻断，该地区的每一个人都只顾得上自己的生存而无法对外提供产品和服务。而血管就像城市的道路，缺少了血管网络，居民必须的供给将得不到供应，整座城市会陷入饥荒。可见，一个低细胞密度、缺少血管网络的人造组织或器官难以精确地模拟正常的器官对于药物的反应，更无法用于器官移植。
        加州大学圣地亚哥分校的陈绍琛团队最近研发了一种新技术，使得加工高细胞密度、具有血管网络的人造组织或器官成为可能。研究者分析了基于光固化的生物3D打印技术无法实现高细胞密度、高分辨率加工的原因，认为细胞导致的光的散射是主要因素。因此，研究者使用一种生物兼容性极好的添加剂（iodixanol）来调节生物材料的折射率，使其与细胞质的折射率一致，从而将散射大幅削减到原有水平的十分之一。

图：生物材料折射率调整前（上）和调整后（下）的散射效果对比。

顺利解决了散射问题后，研究者证明了在高细胞密度下（仅比真实的动物器官的细胞密度低1个数量级）该技术可以达到50微米的加工分辨率。随后，研究者加工出了一个具有血管网络的人造组织并进行灌流培养。培养14天后，免疫荧光染色的图像表明，该组织内不但在预先加工出的血管网络里发生了内皮化，而且在原本没有加工血管的地方发生了血管新生，表明了该人造组织是健康的。

图：含可灌流的血管网络的人造组织。

该工作已以High Cell Density and High Resolution 3D Bioprinting for Fabricating Vascularized Tissues为标题发表在Science Advances上（DOI: 10.1126/sciadv.ade7923）。

(责任编辑：admin)

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