开天辟地!科学家首次打印出“会呼吸”的肺

2019-5-15 10:00     来源:凤凰网     

相比别的修理工,医生修起人来可是要难上不少。且不说人体的复杂性,单就没有备用“零件”这一点,就足以让人吐血了。

目前的器官移植别人捐献的器官,受排异反应和供体来源的限制,难以广泛应用。而通过组织工程人造器官,看起来很美好,现实却很骨感,特别是心肝脾肺肾这样的实体器官,光长出相应的细胞还不算完,得有正确的结构才能行使它们的正常功能。

近日,莱斯大学的Bagrat Grigoryan、Kelly Stevens和Jordan Miller等,通过三维光刻技术,使用生物相容的水凝胶,3D打印了一个包含血管和气道的肺脏模型,在其中实现了血液的氧合;还构建了一小块肝脏,移植到小鼠体内后成功存活。

论文获Science封面推荐

论文获Science封面推荐

通过组织工程再生器官,哪里坏了换哪里,可以说是人们在医学上的一个理想,甚至有人幻想通过不断的更换器官,使人体成为一条忒休斯之船,达到永生。而近些年火热的3D打印技术,更是为通过组织工程制造器官打开了一扇大门,像组织工程的耳廓软骨,就已经从小鼠走向临床,用于修复小耳畸形患者的外耳[2]。

不过外耳软骨毕竟没有什么复杂的结构。此前成功产生下一代的3D打印卵巢,也只是打印了个支架把卵泡放进去,其中供血的血管还是植入后由宿主生成的。这样的技术要想拿来生成实体器官,差的还是不少的。

实体器官的功能,离不开其中复杂的空间结构,比如心脏的两房两室4个瓣膜、肝脏的肝小叶、脾中的脾索和脾血窦、肺中交织在一起的血管和气道、肾脏的肾单位,乃至血管中定向开启的瓣膜,都是这些器官发挥功能必不可少的结构。

心肺的血管铸形

心肺的血管铸形

为了制作出这些复杂的结构,研究人员选择了三维光刻技术,通过光照使光敏树脂局部聚合,打印出特定的结构。相比逐点打印的传统喷墨式3D打印,三维光刻可以同时处理几百万个体素,再辅以柠檬黄遮光,打印的效率和精度都大幅提高了。

光说不练假把式,研究人员先用三维光刻打印了一小段带瓣膜的血管,小试牛刀一下。

血流顺着瓣膜单向流动,初步的尝试成功了,来给自己鼓个掌!

血流顺着瓣膜单向流动,初步的尝试成功了,来给自己鼓个掌!

接下来就要挑战一下更高的难度了。肺脏中有血管和气道这两套互相纠缠在一起,又不互通的管道,三维光刻能完成吗?

再往里灌上不同颜色的液体看看互不互通。

再往里灌上不同颜色的液体看看互不互通。

两套不互通的管道看来是没问题,接下来就是氧合了。

两套不互通的管道看来是没问题,接下来就是氧合了。

暗红色的无氧血液流进去,鲜红色的富氧血液流出来。不过肺里面完成气体交换的可不是这么一根管子,是肺泡和周围的毛细血管网。

这样的肺泡再多组装几个就是个肺脏了。

这样的肺泡再多组装几个就是个肺脏了。

除了肺,研究人员还尝试制作了一小块肝。水凝胶包裹的肝细胞中白蛋白启动子的活性比单细胞状态高出了60倍!同时由于总粒径超过了组织工程三维光刻仪的体素大小,研究人员还构建了一个更为高级的载体,把这些被水凝胶包裹的肝细胞附着在天然的纤维蛋白上,其间也留有作为血管的空隙。

随后,研究人员向空隙中种入了人脐静脉内皮细胞,然后将这一小块“肝脏”植入了慢性肝损伤的小鼠体内。14天后,这些植入的“肝脏”中依然可以检测到活跃的白蛋白启动子,其中的肝细胞成功存活!

论文共同通讯作者Stevens教授表示:“组织工程学在这方面已经挣扎了一代人的时间。有了这项研究,我们现在可以更好地问,‘如果我们能打印出看起来甚至呼吸起来更像我们身体健康组织的组织,那么它们的功能是否也会更像那些组织?’这是一个重要的问题,因为组织功能的好坏将会影响它作为一种治疗方法的成功程度。”

科技新闻传播、科技知识普及 - 中国科技新闻
关注微信公众号(kjxw001)及微博(中国科技新闻)
微信公众号
微博

免责声明

华云网登载此文出于传递更多信息之目的,并不意味着赞同其观点或证实其描述。文章内容仅供参考,不构成投资建议。投资者据此操作,风险自担。

0


说点什么

发表

还没有评论,快来抢沙发
推荐阅读
  • 华云网8月23日讯(杨德霖综合)8月21日,拼多多创始人及CEO黄峥在财报电话会议上表示,拼多多正在开发“新物流”技术平台,将采用轻资产、开放的模式,专注于通过技术为商家和用户提供解决方案。8月21日晚间,拼多多发布了2019年第二季度财报。从数据上看,拼多多上半年确实拼出了很多亮眼的数字,无论是GMV、营收、亏损,还是客单价,都呈现出倍数级的变化。伴随着这些变化一起变化的,是物流订单的规模型增长
  • 昨天(8月21日)下午,由中国科技新闻学会、中国电工技术学会联合主办,华云网及大数据与科技传播专委会承办的“产学研融合发展与传播应用圆桌会议暨汽车驱动创新科技研讨会”在中国科技会堂召开。中国科技新闻学会理事长宋南平、中国工程院院士陈清泉等30余位业内专家、学者及相关企业代表出席本次会议,共同探讨了汽车驱动的前沿生产制造技术与节能减排应对策略,为汽车制造企业提供了技术创新方向。宋南平理事长出席研讨会
  • 华云网8月23日快讯(杨德霖)22日,针对日前网络热议的有关部门要求相关运营商降低4G网速一事,工信部新闻发言人、信息通信发展司司长闻库表示,工信部之前从未、将来也不会要求相关运营商降低或限制4G网络速率。工信部将进一步加强对运营企业监管,切实维护广大消费者合法权益。闻库表示,从监测数据来看,近年来全国4G平均下载速率持续稳步提升,2019年7月达23.78Mbps,整体上未出现速率明显下降的情况
已加载全部内容
点击加载更多