科学家用糖、硅胶和3D打印机造出可移植生物相容性好的人造血管_医疗器械

2015

11/04

09:46

天工社医疗器械

尽管在世界各地的很多生物实验室里正在进行着一场关于使用3D打印技术制造可移植器官的竞赛，但是他们中间的大多数团队都面临着一个同样的障碍：如何使用患者自身的细胞，或者加上某种聚合物形成具有微小而且具有生物相容性的血管，并使其具有运送氧气和营养物质的能力？近日，由赖斯大学和宾夕法尼亚大学的科学家组成的一支生物工程团队可能已经找到了解决方案。正如他们在最近的一份论文中介绍的那样，该团队使用糖玻璃和硅胶创建了一种基本的血管系统有可能导致3D打印可移植器官和组织的研究突破瓶颈。

据了解，这项非常有前途的研究是由宾夕法尼亚大学水稻生物工程副教授兼外科副教授Jordan Miller领导的。其他参与研究的人员包括Renganaden Sooppan、Jason Han、Patrick Dinh、Ann Gaffey、Chantel Venkataraman、Alen Trubelja、George Hung和Pavan Atluri（宾夕法尼亚）。根据该研究团队发表在《Tissue Engineering Part C: Methods》杂志上的一份报告称，他们能够创造出一种原生的血管系统，当该系统被连到某个小动物的模型上时，血液能够很自然地流过。

从根本上说，这就为3D打印器官所面临的最大障碍——如何确保血液到达植入的人工器官或组织中的每一个角落和缝隙——找到了解决方案。据Miller教授解释说，组织工程专家通常要依靠病人自己的身体长出血管并且进入人工组织的支架里，这个过程可能需要几个星期，并且不会与在体外制造的人工器官兼容——这些器官会在血管长到它们那里之前就已经缺氧而死。

“我们有一种理论，也许我们不应该等待。我们想知道是否有一种方法来植入3D打印的结构，然后我们可以将宿主动脉与该结构直接连接并立即获得灌注。在此项研究中，我们正在迈出第一步，也就是将一种类似的移植手术用于我们在实验室里获得的3D打印结构。”Miller解释道。

但问题是组织里的血管非常多。而且它还需要这些人造血管的入口和出口要足够小，从而能够直接连接现有的动脉和静脉。为此，使用Miller在2012年最先发明的一种技术，生物工程研究生Samantha Paulsen和研究技术员Anderson Ta开发出了一个有趣的概念验证，其中的灵感来自于由糕点师制作的糖玻璃笼子。通过逐层3D打印糖玻璃，他们创造了一种格子状的血管。当硬化之后，他们将其用作硅胶的模具。在硅胶固化之后，留下了一个橡皮熊那么大的小型渠道网络。“尽管看上去还不像器官中的血管，但是它们的确具有一些与器官移植相关的一些关键特性。我们创建了一种结构，该结构有一个入口和一个出口，其直径约为1毫米，而且这些主要的血管分支出更多较小的血管，其直径都是600到800微米。”Miller解释道。

重要的是，这个带入口/出口的创造物（概念验证）使得他们能够进行用来测试模型，这些模型是研究团队在宾夕法尼亚州的外科医生的帮助帮助下制作的。他们将这种小尺寸的“人造血管网络”连接到动物模型的动脉上，发现它们可以通过这套渠道泵血液。使用多普勒成像技术，他们得以观察到这套系统甚至能经受得住血液产生的生理性压力，完美、通畅地流动了高达3个小时。

虽然这一研究成果尚不能直接用于医疗应用中，但Miller教授认为这绝对是这一特定生物工程领域的一项突破。“这项研究朝着开发一个组织工程移植模型迈出了第一步，外科医生从而可以直接将动脉与人工组织相连接。将来我们的目标是利用可生物降解的材料（包括活细胞）来替代这些可灌注的血管，以用于直接一直和长期监测。”他说。

来源：天工社

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