科学家首次使用3D打印机来使用活细胞作为“墨水”生产真人大小的身体部位和组织。这些结构不仅足够大,足以成为真实事物的可行替代品 - 以前的生物生产商未能做到这一点 - 它们是个性化和功能性的,不适合所有尺寸。
“它可以制造任何形状的稳定,人尺度的组织。随着进一步的发展,该技术有可能用于打印生物组织和器官结构,以进行手术植入,”该技术背后的研究人员之一,来自Wake Forest的Anthony Atala再生医学研究所告诉监护人。
虽然生物打印机已用于打印微型或更简单的器官复制品,包括大脑和肾脏组织- 因此,科学家可以对它们进行研究,而不是对真实的动物(到处都是实验室动物)进行研究,直到现在,没有人能够打印出大型,稳定且“活着”的东西,足以充当可靠的移植。
最大的障碍之一是弄清楚如何通过打印过程使这些细胞保持生命,以及如何建立结合使我们的器官运行的所有事物的结构,例如血管和血管结构,以维持氧气流量。
“如果没有小于200微米(约0.1 cm)的血管供应,细胞根本无法生存,这非常小,”部分告诉Gizmodo,补充说,这是过去生物生产商的限制因素。 “这是最大距离。这不仅是用于印刷,而且是大自然。”
阿塔拉(Atala)和他的团队通过将从移植受者中提取的活细胞与已设计为模拟生物组织,肌肉和软骨的特殊类型的塑料和凝胶相结合,从而弄清楚了如何克服这一点。这些材料提供了3D打印的身体部位在手术植入时需要的结构,一旦到位,塑料和凝胶组件就会消失,仅留下生物材料。
“同时,细胞分泌一个有助于维持植入物形状的支撑矩阵,”Arielle Duhaime-Ross在边缘解释。 “到此过程结束时,细胞以自给自足的方式重组了自己,以否定支持材料的需求。”
因此,一旦植入了这些结构,它们就会脱落人造的脚手架,然后鼓励接受者体内的生存支持,例如新组织,骨骼或软骨细胞。
研究人员通过使用从人类,兔子,小鼠和大鼠提取的活细胞制造耳朵,骨骼和肌肉结构来证明其技术。他们尚未在人类上测试植入物,但是当他们在小鼠皮肤(是的,那些可怜的老鼠)的皮肤下植入人类大小的耳朵时,耳朵保持了形状,增强了新的支撑软骨,并在其中保持健康的血液供应两个月。
大鼠接受3D打印的肌肉组织两周后,神经细胞开始生长,在为期五个月的试验中,植入大鼠的头骨碎片形成了具有功能正常的血液供应的新骨组织。
这项技术仍然是早期的日子 - 将是“早期”,直到团队可以证明其在人类试验中起作用 - 但是事情看起来很有希望。作为卡内基·梅隆大学(Carnegie Mellon University)的生物医学工程师亚当·费恩伯格(Adam Feinberg),他没有参与研究告诉The Verge:“您将在接下来的一两年中看到许多令人兴奋的进步,这将使这将从科幻小说中推向接近影响患者的事物。”
该研究已发表在自然生物技术。