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突破3D列印限制,这颗列印的肺会呼吸登上《科学》封面

虚拟百科2020-07-28822人围观
突破3D列印限制,这颗列印的肺会呼吸登上《科学》封面
Jordan Miller

3D 列印技术在医疗的研究越来越活跃,上个月在《Advanced Science》重磅发表论文,世界首颗用人体细胞 3D 列印心脏问世,长度约两公分却已涵盖细胞、血管、心室和腔室,且突破过去合成材料在人体产生器官排斥的限制。近日又有一项关于3D列印器官的研究诞生。

一个由水凝胶 3D 列印而成的肺模型,这项来自美国莱斯大学和华盛顿大学的研究,最近登上科学杂誌《Science》封面, 3D 列印出来的肺模型体积相当小,却已具备完整的血管结构,能如活体的肺部一般,输送氧气至周围血管。

突破3D列印限制 新技术解决複杂血管输送

受于技术限制,过去的 3D列印技术无法因印器官複杂的管腺,为突破这项限制,研究团队发明一项新的开源生物列印技术-「组织工程的立体光刻设备」,液体的水凝胶溶液按照设计图列印,一次生产一层软水凝胶,再藉由特殊的蓝光逐层凝固。

在列印过程中,添加吸收蓝光的食用染料,使光吸收剂将凝固侷限在非常精细的分层内,系统可以在短短几分钟内生产出具有複杂结构的柔软生物相容性凝胶,实验中研究人员发现,列印的组织越坚固,越可避免在血液流动及脉动在呼吸过程中破裂。

使用列印出的肺模型模拟人类呼吸的压力和频率测试发现,当红血球流经呼吸气囊周围的血管时,可以吸收氧气,此运动类似于肺泡气囊中的气体交换。本次的研究突破过去列印器官无法因应活体複杂管线运作的困难,建构出环绕于器官更精细的血管网路,模拟人体中血液、空气、淋巴液和其他组织液的输送。

肝脏与更多移植器官的可能

不仅如此,团队甚至将含有肝细胞的列印植入小鼠体内。研究发现,3D 列印的肝细胞在植入患有慢性肝损伤的小鼠后依然可以存活。

比起其他器官,肝脏在活体扮演的角色更加複杂,功能更加多元,只仅次于大脑,也受于此,肝脏的複杂性在目前没有其他机器或疗法可以真正替代器官。生物列印器官技术应用于此的前景相当看好。

领导本次研究的生物工程师Jordan Miller表示,目前实验室已使用更新的设计与生物列印技术探索更複杂的结构。对于人体结构的探索才刚刚开始将会持续努力。估计未来20年内生物列印技术会成为医学领域中的重要部分。