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科技日報北京7月23日電 （記者張夢然）包括美國弗吉尼亞大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院在內(nèi)的研究團(tuán)隊，首次開發(fā)出一種可“按需打印”且能與人體相容的器官構(gòu)建模塊。這將為研究各種疾病進(jìn)展和相應(yīng)療法帶來極大助力。研究成果發(fā)表在新一期《自然·通訊》雜志上。
該成果的關(guān)鍵是一種具有可控機(jī)械性能的生物材料，能與各種人體組織相匹配。與現(xiàn)有的生物打印技術(shù)相比，這是一個巨大飛躍。
這種獨特的生物打印方法被稱為球形顆粒數(shù)字組裝（DASP）。該技術(shù)能將生物材料顆粒沉積在基質(zhì)中：這些顆粒是聚合物水凝膠，通過調(diào)整單分子單體排列和化學(xué)鍵來模擬人體組織；而包裹在顆粒中的是真正的人體細(xì)胞；水基基質(zhì)則可構(gòu)建3D結(jié)構(gòu)，并為細(xì)胞生長提供合適的環(huán)境。
與以往的水凝膠生物墨水相比，這種新型顆粒毒性更小，對細(xì)胞的生物相容性更強(qiáng)，而且具有獨特的“雙網(wǎng)絡(luò)”結(jié)構(gòu)——由兩個相互交織的分子網(wǎng)絡(luò)形成，具有很強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度，但可模仿人體組織的物理特征。
研究團(tuán)隊設(shè)計了一種多通道噴嘴，可以按需混合水凝膠成分。而且這種“雙網(wǎng)絡(luò)”水凝膠生物墨水成型過程非常快，能在60秒內(nèi)從液滴變成彈性凝膠。
通過這種最先進(jìn)的材料和控制技術(shù)，團(tuán)隊實現(xiàn)了“按需打印”類器官，產(chǎn)生的類器官可作為基于人體組織的3D細(xì)胞模型，用于研究多種疾病、組織建模并開發(fā)全新療法。
團(tuán)隊補(bǔ)充說，如果將這種生物打印進(jìn)一步優(yōu)化，還有望用于人工器官移植、篩選候選新藥等。
水凝膠生物墨水，是為了打印人體器官專門研發(fā)的新材料。然而，受限于目前的技術(shù)工藝，我們只能打印出較小的人體器官。為此，各研究團(tuán)隊都在嘗試使用新型打印材料，并提高制造精度。弗吉尼亞大學(xué)科學(xué)家摸索出了一套新的材料和方法，將可生長的生物“種子”與打印基質(zhì)緊密結(jié)合，從而獲得可以生長的人造組織，自動貼合需求。這一方案為多尺度器官的精準(zhǔn)制造提供了可能性，也為未來的人體組織工程研究和人造器官移植開辟了新路徑。
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