科學家用3D印表機列印出等比人類尺寸的活體組織

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想要新的肌肉?我們可以幫你列印。

再生醫學的大躍進,美國研究人員已經能用3D印表機列印出可植入動物體內並存留的等比人類尺寸的活體組織。雖然還只是初期,團隊展示了組織長成人類應用所需的強度與功能,提高這項技術將來某天可以幫助那些因疾病或外傷損傷組織的人的可能性。

這項研究發表在自然生物科技雜誌(Nature Biotechnology)。

維克森林研究所再生醫學的資深作者Anthony Atala說:「我們知道在其他產業,3D印表機可以列印出任何尺寸形狀。在列印人類組織器官的時候,一定要確定細胞在最後測試可以存留且正常運作。我們的研究顯示列印病患的骨頭、肌肉以及軟骨的可行性。我們將用相同的方式來列印實體器官。」

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維克森林研究所的3D印表機

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因為容易使用而且可以針對病患精準地列印出複雜的結構,研究人員希望將3D列印進一步應用於再生醫學。3D列印已經能列印出可取代骨頭的實物,甚至還有一位女性是使用塑膠頭骨,製造活體組織則是更大的挑戰。不像真正的器官,3D列印物沒有可以讓內部細胞正常運作的血管,使得這項技術有限制,無法做臨床應用。

最重要的問題是結構完整性,列印出的組織通常太單薄,在植入體內後無法存留。不過來自維克森林浸信會醫學中心的團隊也許已經找到可以克服這個問題的方法。在論文中提到他們的進展,研究人員用混合可生物降解及塑料類材料的樣式列印活細胞,讓組織擁有機械穩定度。這樣的構造是要讓其在體內溶解之前,有足夠的時間能長成可以維持形狀的結構。

為了讓細胞存活,研究團隊在整個結構中列印細小的通道讓氧氣及養份流動,直到血管在植入後可以正常運作且可提供所需物質。這是將等比人耳尺寸的耳朵(經由CT掃描之後設計列印出軟骨細胞)置入老鼠皮膚下之後的展示。術後兩個月,這些結構還能保持形狀,成熟為軟骨組織,並出現像是血管的跡象。

在另一個驗證概念的實驗中,研究團隊列印大老鼠的肌肉細胞作為支撐結構,在植入大老鼠之前先讓這些結構生長幾週。令人驚訝的是,這些構造在兩週後就成熟,並長出連接神經的肌纖維,這是組織可能有運作功能的必要特徵。事實上,電刺激該肌肉,該肌肉送給鄰近神經的訊號與不成熟肌肉送出的訊號程度差不多。

雖然這些結構的壽命還需要長期研究調查,不過這項成就還是令人鼓舞,而且可以使用病患的自體細胞,就不會有常見的排斥反應出現。

來源: Iflscience