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

導(dǎo)讀：如果把我們的身體比作一臺精密機(jī)器的話，那血管就好比是這臺機(jī)器內(nèi)部錯綜復(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養(yǎng)物質(zhì)的角色。一般來講，移植后的組織要想被新身體接受并成功使能，一個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，來自以色列理工學(xué)院（Technion）的一個科學(xué)家團(tuán)隊(duì)利用3D打印技術(shù)創(chuàng)建了一個能夠?yàn)橹踩虢M織供血的血管網(wǎng)絡(luò)。

這個研究團(tuán)隊(duì)由以色列理工學(xué)院教授Shulamit Levenberg領(lǐng)銜，并成功3D打印了一個帶有血管網(wǎng)絡(luò)的組織瓣，據(jù)說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。

3D打印血管網(wǎng)絡(luò)

在歐盟地平線2020研究和創(chuàng)新計劃下的歐洲研究理事會（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)建一個分層的血管網(wǎng)絡(luò)。

他首先3D打印了一個聚合物支架，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)部會形成一個微小血管網(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。圖片來自先進(jìn)材料

改善異體組織移植排斥現(xiàn)象

為了測試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，將其連接到動物的股動脈上。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，血液能夠成功地通過血管網(wǎng)絡(luò)流經(jīng)移植的組織，而沒有出現(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植入物的排斥風(fēng)險。

展望未來，以色列理工學(xué)院團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)評估其方法的可擴(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，避免人體和動物試驗(yàn)，以及用于疾病治療。

早在2018年，來自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)能夠使一個乳腺癌腫瘤在體外存活，并形成一個血管化的人類腸道模型。

最近，來自德克薩斯A&M大學(xué)的一個團(tuán)隊(duì)用一種改良的3D細(xì)胞打印技術(shù)制作了一個仿生血管，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。