多种细胞任意“编队” 组成迷你生物组织
2019-03-01 10:28:55    《中国中学生报》

QQ截图20190220105309.png   

  
  3D 打印活体器官的梦想尽管遥 远,但人类正向它一步步靠近。浙 江大学机械工程学院贺永教授课题 组发明了一种新型生物3D打印方 法,这种方法能够操控不同种类的 细胞形成特定结构的微球,进而长 成具有生物活性的微组织。
  
  “模型”很多植入很难
  
  如果有一天,人类能够自由 制造人体“零件”,更换器官就 像更换电池一样方便,器官移植 的来源就不再成为问题。但要真 正实现活体器官的 3D 打印,路途 还是有点远。
  
  在 3D 打印的“初级阶段”,人 类已经能够精准地打印牙齿、骨骼 等组织结构相对简单的零部件,并 应用于临床。颅骨损伤的病人,也 可以通过 3D 打印头盖骨实现整形。 如果要把打印目标扩展到人体所有 “零件”,难度就增大了。
  
  首先,你要保证人造器官能够 适应人体的力学环境,不能太硬、 太软或者塌陷;其次,器官要能够 存活并发挥特定的功能。比如,尽 管3D打印的心脏“模型”已经很多, 但至今没有一个真正的 3D 打印心脏 能够成功植入生物体。
  
  “我们试试能否先实现一个小 目标,打印生物活性的微组织。” 贺永说。
  
  天然的生物组织比我们想象的 复杂。比如血管是由成纤维细胞、 平滑肌细胞、内皮细胞等组成的复 杂结构。平滑肌维持了血管的弹性, 内皮细胞分泌生长因子防止血液凝 固。“如果要‘打印’血管,就需 要将不同的细胞打印到一起,形成 特定的结构。”贺永说。
  
  一滴“水” 一阵“风”
  
  三年前,课题组开始了尝试。 他们将不同的细胞分别用水凝胶包 裹制成“生物墨水”,在一个微流 控芯片喷头的控制下,一点点“吐” 出多组分细胞微滴。
  
  “用这台机器,我们‘打’出 了血管化的骨组织。”贺永说,他 们第一次用两种分别混合了骨髓间 充质干细胞和人脐带静脉内皮细胞 的“生物墨水”,同步打印出了带 螺旋形的微球。其中,骨髓间充质 干细胞可定向分化为成骨细胞,内 皮细胞会形成血管化细胞。经过几 天实验室培养,呈螺旋形血管化的 成骨类器官就形成了。
  
  用这种方法,实验室还做出了 玫瑰花、螺旋状微球、太极等造型 的颗粒,直径在200微米左右。总之, 可以操纵细胞形成特定的“队形”。
  
  “生物墨水”的组分之一水凝 胶是有名的“软”物质,要对这么软的材料进行精准操控,是一项颇 为艰巨的挑战。课题组用一阵“风” 巧妙解决这个难题:在一股微气流 的吹动下,喷头吐出的液滴旋转起 来,此时再根据数学建模控制不同 组分生物墨水下降的方向,就能形成精致的立体结构。这个过程,有 点像我们在转动的蛋糕模具上裱花, 让不同细胞形成特定的立体“编队”。
  
  有望应用于器官芯片、 细胞治疗
  
  “我们可以构造出具有活性的 迷你生物组织,用于药物筛选的器 官芯片。”贺永说,另一个用途是 细胞治疗。当前细胞治疗的一大难 点在于直接注射的细胞容易被自身 的免疫细胞吞噬,因此只能对某些 特定的疾病有效。“我们或许能打 印出具有特定功能的细胞微球,细 胞抱团在血管中行进,就不怕被吃 掉,而且一到目的地就可以马上发 挥作用。”贺永说。
  
  浙江大学一位生物学教授认为, 这项研究在医学上非常有意义。目 前人们已经可以通过干细胞培养出 各种类型的细胞,但接下来,我们 还需要让这些细胞形成特定的组织结构。“生物体内的细胞与细胞之 间有丰富多样的连接方式,它们并 不是‘一锅粥’,因此,怎样让细 胞形成不同的层次、组织甚至器官, 是一项非常重要的课题。”
  
  郁林  摘自 科技日报

最新评论

  • 验证码: