2020年9月24日

研究人员开发了一种打印微小的功能性器官的新方法

EPFL的研究人员已经开发出一种打印微小组织的方法，这种微小组织在外观和功能上几乎与正常大小的组织相似。直径只有几厘米的微型组织可以让科学家研究生物过程，甚至测试新的治疗方法，这在以前是不可能的。

多年来，大脑、肾脏和肺等被称为“类器官”的器官的迷你版本一直在生长干细胞。类Organoids承诺减少需求动物实验并提供更好的模型来研究人体器官是如何形成的以及这一过程在疾病中是如何出错的。然而，传统的类器官培育方法导致干细胞组装成微米到毫米大小的空心球体。EPFL生物工程研究所的教授Matthias Lütolf说:“这不是生理上的，因为许多器官，比如肠道或气道，都是管状的，而且要大得多。”他领导了今天发表在《科学》杂志上的这项研究自然材料。

为了开发更大的类器官，使其与正常的类器官相似，Lütolf和他的团队转向了生物打印。就像3d打印机可以让人们创造日常用品一样，类似的技术也可以帮助生物工程师组装活体组织。但是，与传统3d打印机使用的塑料或粉末不同，生物打印机使用的是生物墨水——包裹活细胞的液体或凝胶。“生物打印非常引人注目，因为它可以让你在3d空间的任何地方储存细胞，所以你可以想象将细胞排列成类似器官的结构，比如一个管，”Lütolf说。

来源:洛桑联邦理工学院

研究人员设计了一种定制的生物印刷机，其由显微镜和一种可以通过连接到注射器泵的薄喷嘴吸出和沉积细胞的装置组成。在显微镜阶段，团队安装了一个含有凝胶的板，类似于许多组织中发现的复杂的细胞外环境。这种类型的凝胶，Lütolf笔记，“令人难以置信的有利，让细胞形成一个组织但因为很难处理人，所以还没有真正利用它来进行生物打印。”

通过移动显微镜平台并通过显微镜镜头不断监测过程，研究人员能够在凝胶中沉积几厘米长的肠干细胞。“使用显微镜最酷的一点是，你总是可以看到你在做什么，你可以观察细胞在做什么——你不是瞎子，”Lütolf说。“在其他生物打印方法中，你看不到发生了什么。”

Lütolf网站称，一旦干细胞被播种，“奇迹就发生了”:细胞开始生长并相互作用，形成一个连续的管状组织，模仿了许多普通肠道的解剖和功能特征。实验室培养的肠道，大小可达3厘米，由带有干细胞的隐窝状口袋组成，它们包含与正常大小的肠道相同的特化吸收和分泌细胞。迷你肠道的分泌细胞也能够分泌抗菌分子来应对特定的刺激。