突破 3D 列印限制,這顆列印的肺會呼吸 登上《科學》封面

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Jordan Miller
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3D 列印技術在醫療的研究越來越活躍,上個月在《Advanced Science》重磅發表論文,世界首顆用人體細胞 3D 列印心臟問世,長度約兩公分卻已涵蓋細胞、血管、心室和腔室,且突破過去合成材料在人體產生器官排斥的限制。近日又有一項關於3D列印器官的研究誕生。

一個由水凝膠 3D 列印而成的肺模型,這項來自美國萊斯大學和華盛頓大學的研究,最近登上科學雜誌《Science》封面, 3D 列印出來的肺模型體積相當小,卻已具備完整的血管結構,能如活體的肺部一般,輸送氧氣至周圍血管。

突破3D列印限制 新技術解決複雜血管輸送

受於技術限制,過去的 3D列印技術無法因印器官複雜的管腺,為突破這項限制,研究團隊發明一項新的開源生物列印技術-「組織工程的立體光刻設備」(stereolithography apparatus for tissue engineering 簡稱 SLATE),液體的水凝膠溶液按照設計圖列印,一次生產一層軟水凝膠,再藉由特殊的藍光逐層凝固。

在列印過程中,添加吸收藍光的食用染料,使光吸收劑將凝固侷限在非常精細的分層內(像素尺寸範圍為 10-50 微米),系統可以在短短幾分鐘內生產出具有複雜結構的柔軟生物相容性凝膠,實驗中研究人員發現,列印的組織越堅固,越可避免在血液流動及脈動在呼吸過程中破裂。

使用列印出的肺模型模擬人類呼吸的壓力和頻率測試發現,當紅血球流經呼吸氣囊周圍的血管時,可以吸收氧氣,此運動類似於肺泡氣囊中的氣體交換。本次的研究突破過去列印器官無法因應活體複雜管線運作的困難,建構出環繞於器官更精細的血管網路,模擬人體中血液、空氣、淋巴液和其他組織液的輸送。

肝臟與更多移植器官的可能

不僅如此,團隊甚至將含有肝細胞的列印植入小鼠體內。研究發現,3D 列印的肝細胞在植入患有慢性肝損傷的小鼠後依然可以存活。

比起其他器官,肝臟在活體扮演的角色更加複雜,功能更加多元,只僅次於大腦,也受於此,肝臟的複雜性在目前沒有其他機器或療法可以真正替代器官。生物列印器官技術應用於此的前景相當看好。

領導本次研究的生物工程師Jordan Miller表示,目前實驗室已使用更新的設計與生物列印技術探索更複雜的結構。對於人體結構的探索才剛剛開始將會持續努力。估計未來20年內生物列印技術會成為醫學領域中的重要部分。

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