細看3D打印技術如何推動現代醫學的進步(2)
3. Biomaterials：什么?菠菜可以用來做心臟組織?
研究人員已經成功地使用菠菜葉來造出具有完整血管、能輸送血液的的功能良好的人體心組織。為了解決捐助器官長期的短缺問題，科學家一直致力于在實驗室里培養各種組織甚至整個器官。 但是培養細胞只是解決方案的一部分 ——如果沒有恒定的血液供應，他們根本就不會茁壯成長。
構建可以工作的精細血管(也稱為脈管系統)網絡是非常困難的，特別是毛細血管，只有5到10微米寬。 血管的功能是傳輸這些組織樣本所需的氧氣和營養。現在由伍斯特理工學院(WPI)的科學家領導的團隊已經通過使用植物中已存在的微小的靜脈網絡，將菠菜葉成功地轉化為活的心臟組織。
科學家在他們的文章中寫道：“植物和動物用來輸送液體、化學物質和大分子的方法從根本上是不同的，但是在血管網絡結構方面也有驚人的相似之處。“研究人員不用試圖從頭開始構建脈管系統，他們只需剝離菠菜葉，直到僅剩將葉子保持在一起的精細纖維素結構。
植物中的纖維素是實驗室生長樣品中使用的重要材料，因為它已經被很好地研究過，與生物組織相容，而且還便宜--植物資源非常豐富且容易生長。 在這項研究里，科學家是在當地市場上購買的菠菜。為了獲得菠菜的細小血管結構，該團隊通過在葉子中循環一種洗滌劑溶液來將植物細胞沖走，這個過程稱為脫細胞。
首席研究員Joshua Gershlak說：“我之前已經對人類心臟進行了脫細胞化工作，當我看著菠菜葉時，它讓我想到主動脈。”“所以我想，讓我們來灌注植物的莖。我們一開始不確定它會奏效，但事實證明這個方法是容易且可復制的，它在許多其他植物上也奏效。”
該團隊還剝離了歐芹和甜蒿的葉子，并在花生植物毛根中也用了此技術。他們期望通過進一步的研究，讓為不同的組織選擇不同的植物成為可能——例如，木材的結構可能在骨骼工程中是有用的。為了在真實的組織樣品中測試纖維素支架，他們最終使用菠菜，因為它和心臟組織一樣具有高密度的輸送管。研究人員將菠菜葉血管結構與心肌細胞接種，他們興奮地看到，在幾天之內，心臟細胞就像人體組織一樣開始自發收縮。
Gershlak說：“現在的想法是，既然我們已經得到具有血管網絡的非常薄而平坦的組織，所以我們應該能夠疊加多個葉子并創建一塊心臟組織。”心臟組織移植對于心臟病發作后，心臟已經損傷、不能再愈合的患者是有用的。到目前為止，這項研究只是一個概念證明，而且該團隊仍在尋找將其與活的人體組織結合在一起的方式。研究人員寫道：“目前尚不清楚植物脈管系統如何融入人身上的脈管系統，以及是否存在免疫反應。”但該團隊總體來講還是十分樂觀的。
WPI實驗室的生物醫學研究員Glenn Gaudette說： “我們真的相信這種支架能夠幫助治療。 我們還有更多的工作要做，但到目前為止這是非常有希望的。”“此方法簡單到只需要資源豐富的菠菜葉，并把它變成一種有血液流經的組織，這真是非常令人興奮的，我們希望它能夠在此領域取得重大進展。 “這不是科學家在培養組織時第一次在植物上尋求啟發——加拿大渥太華大學的Pelling實驗室去年成為頭條新聞，他們的項目是用蘋果切片生長人類耳朵。
而不僅僅是生物組織科學家們在植物系統內部探索——上個月，研究人員成功地發展了一個“機器人玫瑰”，其莖葉和葉子內部具有電子循環功能。使用菠菜也不是創建人體組織血管網絡的唯一方法。 科學家一直在研究使用3D打印來創建血管，并且剛剛有少量成功案例被報道。時間會證明，哪種方法在實驗室外更可行，但這絕對是一個令人興奮且矚目的發現。
4. mBio & eLife：利用小型3D球體模型就能夠有效抵御結核病
近日，來自南安普敦大學等機構的研究人員通過研究開發了一種在實驗室用于研究人類機體感染的新型3D模型，文章中研究人員利用靜電封裝技術制造出了一種小型3D球體，其能夠在被結核分枝桿菌(TB)感染的人類細胞中產生密切反映患者機體疾病的狀況，相關研究刊登于國際雜志mBio和eLife上。
這種新型3D球體能夠幫助研究人員深入研究機體感染結核病時所發生的事件，同時研究者也希望基于本文研究結果開發出新型的抗生素療法和抵御結核病的疫苗。研究者Paul Elkington教授說道，這是結核病研究領域的一項重大研究進展，這種3D球體能夠在膠原蛋白基質中被創建以便其看起來和人類肺部非常相似，與此同時也能夠產生一種特殊環境來使得治療患者的特殊抗生素能夠有效殺滅引發肺結核的細菌，目前這在其它2D模型系統中還無法實現，這種新系統或將加速研究人員尋找治療人類結核病新型療法及開發疫苗的速度。
此外，這種新型3D球體結構還能夠將整個實驗過程延長至三周，是標準2D模型系統的4倍多，還能夠為科學家們提供更多信息來闡明患者機體感染的發生過程以及不同干預措施對患者疾病的效果。
下一個階段研究人員希望同位于德班的非洲衛生研究院的研究人員進行合作研究，目前在德班有著較高的結核病發病率，而且研究人員也希望盡快引入這種3D模型來對高風險結核病患者機體的細胞進行深入研究。
研究者Elkington補充道，我們很高興能夠對研究進一步擴展，并且聯合多個專家開發新一代的實驗室系統來用于更多疾病的研究，尤其是那些在資源匱乏國家中比較流行的傳染性疾病;同時我們也將利用所開發的新型3D模型來同對臨床樣本進行研究的工程學和生物學方法進行整合，最終開發出用于研究人類機體感染的全新系統。
來自非洲衛生研究院的研究人員Al Leslie博士表示，目前我們同很多傳染病專家以及工程師在一起工作，我們堅信通過長期的聯合研究定能在結核病領域的研究取得突破性的研究成果，同時我們也希望能夠開發出新型療法來有效抵御結核病的傳播，當然本文中所開發的新型3D模型也將會加速我們在抵御致死性疾病傳播領域的發現步伐。
(責任編輯：admin)
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