Technion研究人員3D打印用于組織植入的血管網(wǎng)絡(luò)，有望消除移植排斥風(fēng)險(xiǎn)

導(dǎo)讀：如果把我們的身體比作一臺(tái)精密機(jī)器的話，那血管就好比是這臺(tái)機(jī)器內(nèi)部錯(cuò)綜復(fù)雜的電線網(wǎng)絡(luò)。血管網(wǎng)絡(luò)在人體內(nèi)的作用至關(guān)重要，它擔(dān)負(fù)著向各身體內(nèi)各處組織和器官輸送氧氣和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的角色。一般來(lái)講，移植后的組織要想被新身體接受并成功使能，一個(gè)重要前提就是需要形成血管，以便供給能量。

2021年10月4日，南極熊獲悉，來(lái)自以色列理工學(xué)院（Technion）的一個(gè)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)利用3D打印技術(shù)創(chuàng)建了一個(gè)能夠?yàn)橹踩虢M織供血的血管網(wǎng)絡(luò)。

這個(gè)研究團(tuán)隊(duì)由以色列理工學(xué)院教授Shulamit Levenberg領(lǐng)銜，并成功3D打印了一個(gè)帶有血管網(wǎng)絡(luò)的組織瓣，據(jù)說(shuō)這是第一次包含大血管和小血管的功能性組合。

這一突破性進(jìn)展有可能消除先將組織移植到病人的健康肢體，使其被身體的血管滲透，然后再移植到患處的中間步驟。3D打印血管還能為病人提供更多的定制服務(wù)，并有助于降低植入物的排斥風(fēng)險(xiǎn)。

3D打印血管網(wǎng)絡(luò)

在歐盟地平線2020研究和創(chuàng)新計(jì)劃下的歐洲研究理事會(huì)（ERC）的支持下，以色列理工學(xué)院萊文伯格干細(xì)胞和組織工程實(shí)驗(yàn)室的ArielAlejandro Szklanny博士嘗試?yán)��?D打印技術(shù)為移植組織創(chuàng)建一個(gè)分層的血管網(wǎng)絡(luò)。

他首先3D打印了一個(gè)聚合物支架，模仿大血管的大小和形狀。該支架被打印成空心管的形式，側(cè)面有開口，以允許較小的血管附著。與以往使用動(dòng)物膠原蛋白形成支架的研究不同，Szklanny使用了由以色列生物打印公司Collplant設(shè)計(jì)的人類膠原蛋白，它取自煙草植物。

一旦建立了支架，就用另一種基于膠原蛋白的生物墨水在其周圍3D打印組織完成組裝，支架內(nèi)部會(huì)形成一個(gè)微小血管網(wǎng)絡(luò)。然后用內(nèi)皮細(xì)胞覆蓋大血管支架，內(nèi)皮細(xì)胞構(gòu)成了人體血管的內(nèi)層。

打印組織結(jié)構(gòu)被培養(yǎng)了一周后，大的支架已經(jīng)與周圍組織中較小的生物打印血管建立了功能連接，以模仿人類血管網(wǎng)絡(luò)的層次結(jié)構(gòu)。

△制造和植入可灌注的血管化組織。圖片來(lái)自先進(jìn)材料

改善異體組織移植排斥現(xiàn)象

為了測(cè)試3D打印血管網(wǎng)絡(luò)的功能能力，以色列理工學(xué)院的團(tuán)隊(duì)將組織結(jié)構(gòu)移植到一只大鼠身上，將其連接到動(dòng)物的股動(dòng)脈上。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，血液能夠成功地通過(guò)血管網(wǎng)絡(luò)流經(jīng)移植的組織，而沒(méi)有出現(xiàn)滲漏。

以色列理工學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)聲稱，這項(xiàng)研究是邁向個(gè)性化藥物的 "重要一步"，并證明了3D生物打印的可行性。該技術(shù)能夠?qū)⑺�需的精確尺寸和形狀的大型血管進(jìn)行3D打印，并與需要植入的組織組裝在一起。

△冠狀動(dòng)脈VascFold的制造和與3D打印的周圍水凝膠結(jié)構(gòu)的整合。圖片來(lái)自先進(jìn)材料

重要的是，能夠植入具有自身血管網(wǎng)絡(luò)的組織，就不需要先將組織植入身體的健康部位，使其先被身體自身的血管滲透，然后再將其移植到受影響的部位。事實(shí)上，這種組織可以用病人自己的細(xì)胞形成，這也可以大大減少甚至消除身體對(duì)植入物的排斥風(fēng)險(xiǎn)。

展望未來(lái)，以色列理工學(xué)院團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)評(píng)估其方法的可擴(kuò)展性和可轉(zhuǎn)化性，將3D打印的血管網(wǎng)絡(luò)植入更大的動(dòng)物，如豬。該團(tuán)隊(duì)還認(rèn)為，他們的技術(shù)可以打開一條新的道路，以實(shí)現(xiàn)適合移植和完全在實(shí)驗(yàn)室培育的病人特定組織。

關(guān)于這項(xiàng)研究的更多信息，可以在《Advanced Materials》雜志上發(fā)表的論文中找到：" 3D bioprinting of engineered tissue flaps with hierarchicalvessel networks (VesselNet) for direct host-to-implant perfusion"。該研究由A. Szklanny, M. Machour, I. Redenski, V. Chochola, I. Goldfracht, B.Kaplan, M. Epshtein, H. Yameen, U. Merdler, A. Feinberg, D. Seliktar, N. Korin,J. Jaroš, and S. Levenberg共同撰寫。

相關(guān)論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202102661

血管3D打印

在此之前，增材制造技術(shù)已被用于創(chuàng)建血管模擬結(jié)構(gòu)，研究人員試圖為藥物開發(fā)提供替代方法，避免人體和動(dòng)物試驗(yàn)，以及用于疾病治療。

早在2018年，來(lái)自CUBoulder的研究人員開發(fā)了一種3D打印方法，使用受控的氧氣抑制來(lái)模仿血管的結(jié)構(gòu)和幾何形狀。研究目的是創(chuàng)建可以為疾病建模定制的微觀結(jié)構(gòu)。

大約在同一時(shí)間，加州大學(xué)圣地亞哥分校的生物工程師們開發(fā)了一種3D生物打印方法，以生產(chǎn)包含血管網(wǎng)絡(luò)的逼真的器官組織模型。這些網(wǎng)絡(luò)能夠使一個(gè)乳腺癌腫瘤在體外存活，并形成一個(gè)血管化的人類腸道模型。

最近，來(lái)自德克薩斯A&M大學(xué)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)用一種改良的3D細(xì)胞打印技術(shù)制作了一個(gè)仿生血管，并成功植入一只活體大鼠體內(nèi)。據(jù)了解，研究人員用3D生物打印技術(shù)制作了一個(gè)由新的納米工程水凝膠生物墨水制成的高度逼真的血管模型，這種水凝膠緊密地模仿了真實(shí)血細(xì)胞的自然血管功能和疾病反應(yīng)，并有可能為最新的心血管藥物開發(fā)鋪平道路。