哈佛团队在3D打印血管上取得新突破

　　

在体外培育有功能的人体器官是器官移植医学界长期追求的目标，但至今仍未实现。哈佛大学Wyss生物工程研究所和John A. Paulson工程与应用科学学院领导的一项新研究让这一目标又向前迈进了一大步。

研究团队开创了一种新方法来实现血管网络的3D打印。这些血管拥有由平滑肌细胞组成的独特“外壳”以及内皮细胞环绕的中空“内芯”，在嵌入人体心脏组织时，液体可以在“内芯”中流动。

这种血管结构类似于天然形成的血管，标志着在制造可植入人体器官方面取得了重大进展。这项研究成果于8月2日发表在《Advanced Materials》杂志上。

第一作者Paul Stankey表示：“在之前的工作中，我们开发出一种新的3D生物打印方法，称为SWIFT，可以在活细胞基质中形成中空通道。在这种方法的基础上，我们引入了co-SWIFT，它再现了天然血管中的多层结构，使其更容易形成相互连接的内皮，并且更好地承受血液流动的内部压力。“

研究人员开发出一种独特的喷嘴，它具有两个独立可控的流体通道，用于喷射“墨水”：一种基于胶原蛋白的外壳墨水和一种基于明胶的内芯墨水。喷嘴经过特殊设计，可以形成相互连接的分支网络，通过灌注为人体组织和器官提供充足的氧气。在打印过程中，可通过改变打印速度或墨水流速来改变血管的大小。

为了证实co-SWIFT方法的有效性，研究团队首先在两种无细胞基质中打印出分支血管网络。在仿生血管被打印出来之后，他们对基质进行加热，使基质和外壳墨水中的胶原蛋白发生交联，之后将明胶内芯墨水融化，从而形成一个开放、可灌注的血管系统。

之后，他们使用了更具生物相关性的材料来重复打印过程。研究人员采用平滑肌细胞作为外壳墨水。在明胶内芯墨水融化后，他们将构成人体血管内层的内皮细胞灌注到血管系统中。灌注七天后，平滑肌细胞和内皮细胞仍然存活，并发挥了血管壁的作用——与没有内皮细胞的血管相比，血管的通透性降低了三倍。

最后，研究人员还在活体组织中测试他们的方法。他们发现，打印出来的仿生血管不仅显示出人类血管特有的双层结构，而且在用模拟血液的液体灌注五天后，心脏器官组件（OBB）开始同步跳动，这表明心脏组织是健康而且有功能的。

这些组织也对常见的心脏药物有反应——异丙肾上腺素使它们跳动得更快，而Blebbistatin则使它们停止跳动。研究团队还用3D打印技术将真实患者左冠状动脉的分支血管系统模型打印到心脏器官组件中，展示了其在个性化医疗方面的潜力。

共同通讯作者Jennifer Lewis教授说：“我们能够根据真实患者的数据成功打印出左冠状动脉的血管模型，这证明了co-SWIFT方法在创建患者特异性的血管化人体器官方面的潜在用途。”

在未来的工作中，Lewis领导的团队计划生成自组装的毛细血管网络，并将其与3D打印的血管网络相整合，以在微观尺度上更充分地复制人类血管结构，并增强实验室培养组织的功能。