水凝胶3D打印可快速生成复杂脉管

消除人工功能器官的技术障碍

北京，5月5日(科学日报)——美国研究团队开发了一种新型生物打印技术，这种技术可以快速生成具有复杂内部结构的生物相容性水凝胶，这种水凝胶可以用来模拟血管系统，如人体气管和血管，从而消除了未来人工功能器官的一个重要技术障碍。这项突破最近发表在《科学》杂志上。

人造功能组织的最大障碍之一是无法创建复杂的脉管系统来将营养物质输送到人体组织中。此外，人体器官还包含独立的血管网络，如肺中的气管和血管以及肝中的胆管和血管。这些互穿网络在物理和生物化学上相互交织，其结构本身与组织功能密切相关。

为了应对这一挑战，由莱斯大学的乔丹·米勒和华盛顿大学的凯里·史蒂文斯领导的研究小组开发了一种水凝胶3D打印技术。这种新的开源生物打印技术的核心是一种叫做“组织工程立体平版印刷术”(SLATE)的设备和相应的蓝光吸收剂。该系统应用添加材料的原理并将蓝光吸收剂添加到水凝胶预溶液中，使得吸收蓝光后固化的水凝胶被限制在非常精细的层中。

该系统可以在几分钟内生成具有复杂内部结构的生物相容性水凝胶。这使得科学家能够创建复杂的血管网络，模拟人体血液、空气和淋巴等物质的自然通道。

为了证明这项研究的原理，科学家们创造了一个模拟肺泡的水凝胶模型。实验表明，人工气管可以向人工血管网输送氧气，这与人体肺泡的气体交换活动相似。当红细胞流过人工肺泡周围的血管网络时，它们可以捕获氧气。此外，为了验证印刷组织的生物相容性，研究人员还将含有肝细胞的生物印刷结构植入慢性肝损伤小鼠体内。结果表明，移植后肝细胞能够存活。

科学家们一直梦想通过生物打印病人自己的组织细胞来产生用于移植的功能性器官，因为这不仅可以解决来源稀缺的问题，还可以防止器官排斥。然而，史蒂文斯说，有多达500种肝功能，这种复杂性意味着目前没有人工替代物，但未来的生物打印器官有望实现这一目标。生物印刷有望在20年内成为医学的重要组成部分。

总编辑圈

当3D打印刚刚进入公众视野时，一些人认为这项技术只是一个噱头。因为一些3D打印的东西结构简单，表面粗糙，它们看起来并不太先进。经过不断的迭代和升级，3D打印已经打破了人们对它的偏见。在航空领域，它可以打印飞机和宇宙飞船的零件。在医学领域，它可以用来打印血管。以这种方式展望10年甚至20年，3D打印可以发挥的作用将进一步超出我们的想象。