NatureBiotechnology：科學家證明“打印”替代組織的可行性

　　使用專門設計的精細3D打印機，維克森林浸信會醫學中心（Wake Forest Baptist Medical Center）的再生醫學科學家們證明，打印活組織結構來替代患者受傷或病變組織是可行的。

　　在最新發表于《Nature Biotechnology》期刊的研究中，科學家們表示，他們打印了耳朵、骨骼和肌肉結構。植入動物之后，這些結構成熟為功能性組織并發育出血管系統。最重要的是，這些早期結果表明，這些結構擁有用于人類的合適的大小、強度和功能。

　　"這種新型組織和器官打印機是我們為患者制造替代組織的重要進步"該研究資深作者、威克森林再生醫學研究所（WFIRM）主任Anthony Atala博士說，"它可以制造穩定、任意形狀的人類尺度組織。隨著進一步的發展，這種技術可能被用來打印活組織和器官結構以進行外科移植。"

　　組織工程學的目標是在實驗中培育替代組織和器官以幫助解決移植組織的短缺問題。3D打印的精度使其成為復制人體復雜組織和器官的有前途的方法。不過，目前基于噴射、擠壓和激光誘導向前轉移技術的打印機，無法產生大小和強度足夠植入人體的結構。

　　歷時超過10年時間，再生醫學研究所科學家們開發出集成組織和器官打印系統（Integrated Tissue and Organ Printing System，ITOP），克服了這些挑戰。該系統能夠沉積生物可降解的塑料樣材料和水基凝膠，前者形成組織"形狀"，后者含有細胞。此外，會形成一個牢固的臨時外層結構。打印過程不會傷害細胞。

　　組織工程學的一個主要挑戰是確保植入結構存活足夠長的時間，從而與身體融為一體。威克森林浸信會醫學中心的科學家們用兩種方法解決這個問題。他們優化了保持細胞的水性"墨水"，促進細胞的健康和成長，同時打印了一個貫穿組織結構的微通道網格。這些通道允許營養和氧氣從身體擴散到組織結構，保持它們的存活并發育出血管系統。

　　之前的研究發現，沒有現成血管的組織結構必須小于200微米（0.007英寸），細胞才能存活。在這些新的研究中，嬰兒尺寸的耳朵結構（1.5英寸）能夠生存，并在植入后一到兩個月表現出血管化的跡象。

　　"我們的結果表明，我們結合微通道使用生物-墨水組合，為保持細胞存活和支持細胞及組織生長提供合適的環境"Atala說。

　　ITOP系統的另一個優勢是它能夠使用來自CT和MRI掃描的數據，為患者"量身定做"組織。例如，對于失去一只耳朵的患者，該系統可以打印出相匹配的結構。

　　幾項概念驗證實驗演示了ITOP的功能。為了表明ITOP能夠生成復雜的三維結構，所打印的人類大小的外部耳朵被植入小鼠皮下。兩個月后，植入的耳朵良好地保持了形狀，并且形成軟骨組織和血管。

　　為了演示ITOP能夠生成有序的軟組織結構，所打印的肌肉組織被植入大鼠體內。兩周后，測試證實，植入的肌肉足夠強健，能夠保持其結構特點，血管化并誘導神經形成。

　　另外，為了表明ITOP能夠生成人類大小的骨骼結構，研究人員使用人類干細胞打印了顎骨片段。所打印骨片的大小和形狀是人類面部重建所需要的。為了研究生物打印骨骼在體內的成熟度，所打印的頭骨骨片被植入大鼠體內。五個月后，植入的結構形成血管化的骨組織。

　　正在進行的研究將衡量長期結果。