科學家3D打印 "肺部模擬器”，模擬吸食大麻對肺部的影響

2021年2月24日，南極熊獲悉，加拿大麥克馬斯特大學和滑鐵盧大學的科學家們，已經(jīng)3D打印出了一個活體模型，能夠模擬吸食大麻對人體肺部的影響。

通過在 "體外暴露系統(tǒng)"（IVES）中加載上皮細胞，并將其暴露在大麻中，團隊已經(jīng)能夠準確地描繪出人體對大麻的不良反應。在取得初步成功后，研究人員現(xiàn)在已經(jīng)將他們的大麻監(jiān)測裝置開源，以進行更廣泛的研究。

△研究人員的3D打印IVES裝置（如圖）已經(jīng)證明，大麻對吸煙者的免疫系統(tǒng)不利，圖片來自 ERJ Open Research期刊

雖然我們的肺部經(jīng)常接觸到細菌和病毒，但人體已經(jīng)形成了強大的免疫反應，以防止我們生病。我們呼吸道上的上皮細胞是這種防御的重要組成部分，它們會產(chǎn)生粘液以及抗病毒細胞因子，當被哮喘等疾病破壞時，它們就會出現(xiàn)功能障礙，給受影響的患者帶來呼吸困難。

加拿大科學家認為，吸食大麻也構(gòu)成了類似的 "肺部攻擊"，它會導致咳嗽、喘息和胸悶等癥狀。因此，在許多人考慮將大麻合法化用于醫(yī)療用途時，對吸食大麻的影響形成精確的理解，除了為政府政策提供參考外，對識別潛在的警告信號也是至關(guān)重要的。

在煙草煙霧研究方面，體外測試模型已經(jīng)是一個重要的工具，但鑒于成本、不準確等問題，很少在同等的大麻研究內(nèi)使用。因此，為了克服這一問題，科學家們決定3D打印一種新型IVES系統(tǒng)，目的是讓非專業(yè)實驗室盡可能地使用它。

△研究人員通過讓它 "吸食 "大麻來測試他們的設(shè)備，圖片來自ERJ Open Research期刊

3D打印機器人肺

團隊使用Formlabs Form 2 3D打印機，制造了一個類似肺的四室IVES，具有兩個入口、四個出口和四個室蓋。理論上，系統(tǒng)的工作原理是通過一個進氣口 "吸入 "煙霧，然后將煙霧分布到四個腔室（每個腔室都包括一個裝滿細胞的插件），然后再將煙霧排出。

為了實際測試他們的新型機器，科學家們選擇卷起一些研究級的大麻，點燃，然后用一個三通閥和一個注射器連接IVES。當機器人肺部完成 "吸食 "后，研究人員評估了上皮細胞的生存能力，發(fā)現(xiàn)其自身免疫功能已經(jīng)嚴重受損。

鑒于之前的研究已經(jīng)得出了呼吸困難和屏障缺陷之間的聯(lián)系，團隊認為這證明了煙對肺部有害。研究人員還將細胞因子水平與從吸煙障礙患者身上提取的細胞因子水平進行了比較，發(fā)現(xiàn)娛樂性大麻使用者更容易患咽喉炎癥以及其他呼吸系統(tǒng)問題。

雖然科學家們最終承認，需要進一步的參數(shù)測試來驗證他們的結(jié)果，但他們認為儀器是成功的。事實上，團隊認為他們的方法可以應用在各種毒理學研究中，從聯(lián)合和抽吸分析，到評估病原體對免疫系統(tǒng)的影響。

生物打印和肺移植術(shù)

加拿大團隊在對肺部疾病采取預防措施的同時，在開發(fā)3D生物打印替代物方面也取得了相當大的進展。

在過去四年里，3D Systems公司一直在研究生物打印器官的潛力，最近宣布固體組織支架的開發(fā)取得了突破性進展。與United Therapeutics公司合作，已經(jīng)能夠創(chuàng)建一個名為Print to Perfusion的血管化組織制造系統(tǒng)。

以類似的方式，United Therapeutics還與Isreali生物打印公司CollPlant合作，將一家煙草廠變成了 "腎臟生產(chǎn)線"。這兩家公司在去年加強了合作關(guān)系，簽署了一項新的協(xié)議，承諾進入腎臟的系列化制造。

此外，一個位于美國退伍軍人事務部（VA）的團隊正在3D打印芯片，這些芯片可能能夠支持衰竭的器官。最終，研究人員的目標是制造構(gòu)成 "人工肺 "的設(shè)備，幫助調(diào)節(jié)貧困患者的健康二氧化碳攝入量。

研究人員的研究結(jié)果在他們題為 “Development and validation of an open-source, disposable, 3D-printed in vitro environmental exposure system for Transwell culture inserts.” 的論文中進行了詳細介紹。該研究由Abiram Chandiramohan、Mohammedhossein Dabaghi、Jennifer A. Aguiar、Nicholas Tiessen、Mary Stewart、Quynh T. Cao、Jenny P. Nguyen、Nima Makhdami、Gerard Cox、Andrew C. Doxey和Jeremy A. Hirota共同撰寫。

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2021-2-24 09:35 上傳

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