醫生現在可透過3D列印打造微器官!

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3D列印技術僅只是用在打造一些首飾、裝飾品的那些日子已落伍,科學家們表示,在3D列印架構中置入幹細胞,未來可能可以幫助需要器官移植的病人打造出微器官。

幹細胞取自於人類胚胎,能夠發展成為身體中各部位組織的細胞,例如:大腦組織、心臟細胞或骨骼,由於擁有此一特性,使得幹細胞可以運用在再生醫學當中,修復或替換受損細胞、組織或器官。

科學家們經過一貫的實驗,將幹細胞施予生物性的暗示,引導他們往特定的組織型態發展,此一過程稱為分化。隨著分化過程,細胞開始形成有如球狀細胞的胚胎體,這就是幹細胞發展的初期狀態。

在過去的研究調查中顯示,平坦的培養皿不適合幹細胞生長,但是在3D環境當中,可以模擬細胞在人體中的發展過程,最適合幹細胞生長的環境。因此近來,科學家們特別研發幹細胞發展應用的3D列印技術。然而此3D列印工作除了可以列印出層層堆疊而成的3D物體之外,也和一般列表機需要加入墨汁一樣,需要加入層層的原料進行作業。

3d列印器官

目前為止,專為幹細胞應用而研發的3D列印技術雖然只能培養出平坦的細胞陣列,或者堆疊而成像「石筍」(stalagmites)一般的細胞。但如今研究人員表示,這已是他們首次研發出將幹細胞聚集在3D列印架構當中進行作業。

同時在北京清華大學及費城Drexel大學擔任機械工程學系教授,研究之共同作者孫衛( Wei Sun音譯 )教授表示,「我們可以申請3D列印技術,並在適當、有效的控制之下,培養胚胎體,製造出高度統一的塊狀幹細胞。原則上,這些塊狀幹細胞就像樂高積木般,可以打造出器官組織,甚至非常有潛力的可以塑造成微器官。」

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在實驗中,研究人員採用與軟式隱形眼鏡相同材質的凝膠作為材料,以3D列印技術打造出老鼠的幹細胞,由於幹細胞相當的脆弱,容易受損,科學家們必須盡可能的保護這些細胞,例如必須在最適當的溫度,適時擴大列印噴嘴,以便將幹細胞列印出來。

研究人員表示,根據最新研究結果,90%的細胞可以在印製過程中生存下來。這些細胞在凝膠構架的保護之中增生為胚胎體,並且從這些健康的幹細胞當中產生出蛋白質。同時科學家們也表示,這些凝膠在胚胎體培養成功時,將自動溶解。

研究人員表示,胚胎體的體積和一致性是影響他們之後成為某型態細胞的關鍵因素,而比起過去運用的方法,目前這個新科技可以有效控制胚胎體的體積和一致性。

3d列印細胞2

孫教授曾在言論中表示:「成長中胚胎體的一致性和同質性,對於未來進一步形成組織構造時,會是一個比較好的開始。而看到胚胎體能夠在可控制的環境下培養成長,將是一件令人為之興奮的事。」

擔任北京清華大學助理教授,研究之協同領導作者,Rui Yao曾經發表:「我們的下一步是找出更多方法在列印及參數架構上做改變,進而培養出各種不同體積大小的胚胎體,因為胚胎體的大小將是成功製造不同型態細胞的主要因素之一。」

長久以來,研究人員將各種胚胎體一個接一個並排的方式列印出來,對於此,Yao助理教授表示:「此舉有助於各種不同形態的細胞能夠彼此在一起成長發展,並協助微器官能夠透過此技術成功打造出來。」

科學家們詳細的研究報告,請線上參閱11月4日發行的期刊。

來源: Livescience