NatureBiotechnology：科学家证明“打印”替代组织的可行性

　　使用专门设计的精细3D打印机，维克森林浸信会医学中心（Wake Forest Baptist Medical Center）的再生医学科学家们证明，打印活组织结构来替代患者受伤或病变组织是可行的。

　　在最新发表于《Nature Biotechnology》期刊的研究中，科学家们表示，他们打印了耳朵、骨骼和肌肉结构。植入动物之后，这些结构成熟为功能性组织并发育出血管系统。最重要的是，这些早期结果表明，这些结构拥有用于人类的合适的大小、强度和功能。

　　"这种新型组织和器官打印机是我们为患者制造替代组织的重要进步"该研究资深作者、威克森林再生医学研究所（WFIRM）主任Anthony Atala博士说，"它可以制造稳定、任意形状的人类尺度组织。随着进一步的发展，这种技术可能被用来打印活组织和器官结构以进行外科移植。"

　　组织工程学的目标是在实验中培育替代组织和器官以帮助解决移植组织的短缺问题。3D打印的精度使其成为复制人体复杂组织和器官的有前途的方法。不过，目前基于喷射、挤压和激光诱导向前转移技术的打印机，无法产生大小和强度足够植入人体的结构。

　　历时超过10年时间，再生医学研究所科学家们开发出集成组织和器官打印系统（Integrated Tissue and Organ Printing System，ITOP），克服了这些挑战。该系统能够沉积生物可降解的塑料样材料和水基凝胶，前者形成组织"形状"，后者含有细胞。此外，会形成一个牢固的临时外层结构。打印过程不会伤害细胞。

　　组织工程学的一个主要挑战是确保植入结构存活足够长的时间，从而与身体融为一体。威克森林浸信会医学中心的科学家们用两种方法解决这个问题。他们优化了保持细胞的水性"墨水"，促进细胞的健康和成长，同时打印了一个贯穿组织结构的微通道网格。这些通道允许营养和氧气从身体扩散到组织结构，保持它们的存活并发育出血管系统。

　　之前的研究发现，没有现成血管的组织结构必须小于200微米（0.007英寸），细胞才能存活。在这些新的研究中，婴儿尺寸的耳朵结构（1.5英寸）能够生存，并在植入后一到两个月表现出血管化的迹象。

　　"我们的结果表明，我们结合微通道使用生物-墨水组合，为保持细胞存活和支持细胞及组织生长提供合适的环境"Atala说。

　　ITOP系统的另一个优势是它能够使用来自CT和MRI扫描的数据，为患者"量身定做"组织。例如，对于失去一只耳朵的患者，该系统可以打印出相匹配的结构。

　　几项概念验证实验演示了ITOP的功能。为了表明ITOP能够生成复杂的三维结构，所打印的人类大小的外部耳朵被植入小鼠皮下。两个月后，植入的耳朵良好地保持了形状，并且形成软骨组织和血管。

　　为了演示ITOP能够生成有序的软组织结构，所打印的肌肉组织被植入大鼠体内。两周后，测试证实，植入的肌肉足够强健，能够保持其结构特点，血管化并诱导神经形成。

　　另外，为了表明ITOP能够生成人类大小的骨骼结构，研究人员使用人类干细胞打印了颚骨片段。所打印骨片的大小和形状是人类面部重建所需要的。为了研究生物打印骨骼在体内的成熟度，所打印的头骨骨片被植入大鼠体内。五个月后，植入的结构形成血管化的骨组织。

　　正在进行的研究将衡量长期结果。