科學家造出可移植生物相容性好的人造血管

儘管在世界各地的很多生物實驗室裏正在進行着一場關於使用3D打印技術製造可移植器官的競賽，但是他們中間的大多數團隊都面臨着一個同樣的障礙：*如何使用患者自身的細胞，或者加上某種聚合物形成具有微小而且具有生物相容性的血管，並使其具有運送氧氣和營養物質的能力？*近日，由賴斯大學和賓夕法尼亞大學的科學家組成的一支生物工程團隊可能已經找到了解決方案。

正如他們在最近的一份論文中介紹的那樣，該團隊使用糖玻璃和硅膠創建了一種基本的血管系統有可能導致3D打印可移植器官和組織的研究突破瓶頸。

據瞭解，這項非常有前途的研究是由賓夕法尼亞大學水稻生物工程副教授兼外科副教授Jordan Miller領導的。其他參與研究的人員包括Renganaden Sooppan、Jason Han、Patrick Dinh、Ann Gaffey、Chantel Venkataraman、Alen Trubelja、George Hung和Pavan Atluri（賓夕法尼亞）。根據該研究團隊發表在《Tissue Engineering Part C: Methods》雜誌上的一份報告稱，他們能夠創造出一種原生的血管系統，當該系統被連到某個小動物的模型上時，血液能夠很自然地流過。

從根本上説，這就為3D打印器官所面臨的最大障礙——如何確保血液到達植入的人工器官或組織中的每一個角落和縫隙——找到了解決方案。據Miller教授解釋説，組織工程專家通常要依靠病人自己的身體長出血管並且進入人工組織的支架裏，這個過程可能需要幾個星期，並且不會與在體外製造的人工器官兼容——這些器官會在血管長到它們那裏之前就已經缺氧而死。

“我們有一種理論，也許我們不應該等待。我們想知道是否有一種方法來植入3D打印的結構，然後我們可以將宿主動脈與該結構直接連接並立即獲得灌注。在此項研究中，我們正在邁出第一步，也就是將一種類似的移植手術用於我們在實驗室裏獲得的3D打印結構。”Miller解釋道。

但問題是組織里的血管非常多。而且它還需要這些人造血管的入口和出口要足夠小，從而能夠直接連接現有的動脈和靜脈。為此，使用Miller在2012年最先發明的一種技術，生物工程研究生Samantha Paulsen和研究技術員Anderson Ta開發出了一個有趣的概念驗證，其中的靈感來自於由糕點師製作的糖玻璃籠子。通過逐層3D打印糖玻璃，他們創造了一種格子狀的血管。當硬化之後，他們將其用作硅膠的模具。在硅膠固化之後，留下了一個橡皮熊那麼大的小型渠道網絡。“儘管看上去還不像器官中的血管，但是它們的確具有一些與器官移植相關的一些關鍵特性。我們創建了一種結構，該結構有一個入口和一個出口，其直徑約為1毫米，而且這些主要的血管分支出更多較小的血管，其直徑都是600到800微米。”Miller解釋道。

重要的是，這個帶入口/出口的創造物（概念驗證）使得他們能夠進行用來測試模型，這些模型是研究團隊在賓夕法尼亞州的外科醫生的幫助幫助下製作的。他們將這種小尺寸的“人造血管網絡”連接到動物模型的動脈上，發現它們可以通過這套渠道泵血液。使用多普勒成像技術，他們得以觀察到這套系統甚至能經受得住血液產生的生理性壓力，完美、通暢地流動了高達3個小時。

雖然這一研究成果尚不能直接用於醫療應用中，但Miller教授認為這絕對是這一特定生物工程領域的一項突破。“這項研究朝着開發一個組織工程移植模型邁出了第一步，外科醫生從而可以直接將動脈與人工組織相連接。將來我們的目標是利用可生物降解的材料（包括活細胞）來替代這些可灌注的血管，以用於直接一直和長期監測。”他説。