开天辟地！科学家首次打印出“会呼吸”的肺

来源：新浪科技综合 发布时间：2019-05-15浏览：1920次

开天辟地！科学家首次打印出“会呼吸”的肺

　　相比别的修理工，医生修起人来可是要难上不少。且不说人体的复杂性，单就没有备用“零件”这一点，就足以让人吐血了。

　　目前的器官移植别人捐献的器官，受排异反应和供体来源的限制，难以广泛应用。而通过组织工程人造器官，看起来很美好，现实却很骨感，特别是心肝脾肺肾这样的实体器官，光长出相应的细胞还不算完，得有正确的结构才能行使它们的正常功能。

　　近日，莱斯大学的Bagrat Grigoryan、Kelly Stevens和Jordan Miller等，通过三维光刻技术，使用生物相容的水凝胶，3D打印了一个包含血管和气道的肺脏模型，在其中实现了血液的氧合；还构建了一小块肝脏，移植 到小鼠体内后成功存活。相关研究获得Science封面推荐[1]。

　　通过组织工程再生器官，哪里坏了换哪里，可以说是人们在医学上的一个理想，甚至有人幻想通过不断的更换器官，使人体成为一条忒休斯之船，达到永 生。而近些年火热的3D打印技术，更是为通过组织工程制造器官打开了一扇大门，像组织工程的耳廓软骨，就已经从小鼠走向临床，用于修复小耳畸形患者的外耳 [2]。

　　不过外耳软骨毕竟没有什么复杂的结构。此前成功产生下一代的3D打印卵巢，也只是打印了个支架把卵泡放进去，其中供血的血管还是植入后由宿主生成的。这样的技术要想拿来生成实体器官，差的还是不少的。

　　实体器官的功能，离不开其中复杂的空间结构，比如心脏的两房两室4个瓣膜、肝脏的肝小叶、脾中的脾索和脾血窦、肺中交织在一起的血管和气道、肾脏的肾单位，乃至血管中定向开启的瓣膜，都是这些器官发挥功能必不可少的结构。

　　为了制作出这些复杂的结构，研究人员选择了三维光刻技术，通过光照使光敏树脂局部聚合，打印出特定的结构。相比逐点打印的传统喷墨式3D打印，三维光刻可以同时处理几百万个体素，再辅以柠檬黄遮光，打印的效率和精度都大幅提高了。

　　光说不练假把式，研究人员先用三维光刻打印了一小段带瓣膜的血管，小试牛刀一下。

　　接下来就要挑战一下更高的难度了。肺脏中有血管和气道这两套互相纠缠在一起，又不互通的管道，三维光刻能完成吗？

　　暗红色的无氧血液流进去，鲜红色的富氧血液流出来。不过肺里面完成气体交换的可不是这么一根管子，是肺泡和周围的毛细血管网。

　　除了肺，研究人员还尝试制作了一小块肝。水凝胶包裹的肝细胞中白蛋白启动子的活性比单细胞状态高出了60倍！同时由于总粒径超过了组织工程三维 光刻仪的体素大小，研究人员还构建了一个更为高级的载体，把这些被水凝胶包裹的肝细胞附着在天然的纤维蛋白上，其间也留有作为血管的空隙。

　　随后，研究人员向空隙中种入了人脐静脉内皮细胞，然后将这一小块“肝脏”植入了慢性肝损伤的小鼠体内。14天后，这些植入的“肝脏”中依然可以检测到活跃的白蛋白启动子，其中的肝细胞成功存活！

　　论文共同通讯作者Stevens教授表示：“组织工程学在这方面已经挣扎了一代人的时间。有了这项研究，我们现在可以更好地问，‘如果我们能打 印出看起来甚至呼吸起来更像我们身体健康组织的组织，那么它们的功能是否也会更像那些组织？’这是一个重要的问题，因为组织功能的好坏将会影响它作为一种 治疗方法的成功程度。”