2024年9月20日，據(jù)資源庫(kù)了解，哈佛大學(xué)Wyss研究所的科學(xué)家們開發(fā)出了一種突破性的3D打印技術(shù)，能夠復(fù)制人體復(fù)雜的血管系統(tǒng)，該研究成果已發(fā)表在《先進(jìn)材料》雜志上。

此次研究是與約翰·A·保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院（SEAS）聯(lián)合完成的，雙方合作的成果有望在再生醫(yī)學(xué)、藥物開發(fā)等領(lǐng)域帶來(lái)重大進(jìn)展。

同軸SWIFT技術(shù)：突破血管打印的新方法

這項(xiàng)全新的3D打印技術(shù)被命名為“同軸SWIFT”（co-SWIFT），其核心功能是生成嵌入人體心臟組織中的血管網(wǎng)絡(luò)。與天然血管類似，這些3D打印的血管擁有中空的“核心”，外層由平滑肌和內(nèi)皮細(xì)胞構(gòu)成，完美模擬了人體血管的多層結(jié)構(gòu)。

這項(xiàng)技術(shù)基于2019年開發(fā)的SWIFT生物打印技術(shù)，后者曾取得突破性進(jìn)展，使科學(xué)家能夠在充滿活細(xì)胞的基質(zhì)中打印空心通道。雖然SWIFT技術(shù)能夠創(chuàng)建基礎(chǔ)的血管通道，允許液體流動(dòng)，但這些通道僅是簡(jiǎn)單的空腔，缺乏真實(shí)血管的多層結(jié)構(gòu)，無(wú)法有效承受血流的壓力。co-SWIFT在此基礎(chǔ)上更進(jìn)一步，打印出的血管不僅擁有空心通道，還添加了多層組織結(jié)構(gòu)，極大增強(qiáng)了血管的強(qiáng)度和功能，能夠承受血流壓力，表現(xiàn)得更像天然血管。

創(chuàng)新co-SWIFT技術(shù)的工作原理：雙通道

此次研究的第一作者、SEAS研究生保羅·斯坦基介紹說(shuō)，團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新之處在于“核心-殼”式的噴嘴設(shè)計(jì)。這個(gè)噴嘴包含兩個(gè)流體通道：一個(gè)用于噴射由膠原蛋白組成的“外殼”材料，另一個(gè)用于噴射由明膠組成的“核心”材料。這種設(shè)計(jì)不僅能夠打印出復(fù)雜的分支血管結(jié)構(gòu)，還能確保血管具備足夠的強(qiáng)度來(lái)承受血液流動(dòng)的壓力。

為了驗(yàn)證co-SWIFT打印血管的功能，研究團(tuán)隊(duì)選擇了與人體肌肉組織相似的膠原蛋白材料。在打印完成后，團(tuán)隊(duì)通過(guò)融化明膠核心，留下了空心的血流通道。隨后，他們?cè)谕鈿ど细郊恿似交〖?xì)胞，并在內(nèi)壁添加了內(nèi)皮細(xì)胞，使得打印的血管具備與天然血管類似的生物功能。經(jīng)過(guò)為期七天的測(cè)試，這些血管壁依然保持堅(jiān)固，內(nèi)皮細(xì)胞的存在降低了血管的滲透性，顯示出其良好的功能表現(xiàn)。

實(shí)驗(yàn)室中的跳動(dòng)心臟，一切“反應(yīng)良好”

研究團(tuán)隊(duì)還進(jìn)一步將co-SWIFT技術(shù)應(yīng)用于活體心臟組織的打印。他們首先通過(guò)人體心臟細(xì)胞構(gòu)建了名為心臟器官構(gòu)建塊（OBB）的小型細(xì)胞簇，并將這些細(xì)胞壓縮成致密的固體結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)類似于人體器官中的細(xì)胞排列方式，創(chuàng)造了一個(gè)更真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。在此基礎(chǔ)上，研究人員利用co-SWIFT技術(shù)在這些活體細(xì)胞基質(zhì)中成功打印出血管網(wǎng)絡(luò)。

在移除明膠核心并向血管灌注內(nèi)皮細(xì)胞后，研究人員進(jìn)行了為期五天的模擬血液灌注實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，心臟組織“反應(yīng)良好”，并表現(xiàn)出同步跳動(dòng)的現(xiàn)象，表明這些組織處于健康且功能正常的狀態(tài)。

值得一提的是，研究團(tuán)隊(duì)還通過(guò)患者的真實(shí)數(shù)據(jù)，成功3D打印出了左冠狀動(dòng)脈的血管模型。盡管距離實(shí)驗(yàn)室培育出可移植的器官還有一段距離，但此次研究成果無(wú)疑是朝著這一目標(biāo)邁出的重要一步。這項(xiàng)技術(shù)的潛在應(yīng)用不僅局限于器官移植，復(fù)制復(fù)雜的血管系統(tǒng)還為藥物開發(fā)、疾病建模以及再生醫(yī)學(xué)帶來(lái)了新的可能性。

目前，研究團(tuán)隊(duì)正致力于進(jìn)一步推動(dòng)co-SWIFT技術(shù)的發(fā)展，特別是在提升打印血管網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性以及改善其與活體組織的整合方面。

2024年9月20日，據(jù)資源庫(kù)了解，哈佛大學(xué)Wyss研究所的科學(xué)家們開發(fā)出了一種突破性的3D打印技術(shù)，能夠復(fù)制人體復(fù)雜的血管系統(tǒng)，該研究成果已發(fā)表在《先進(jìn)材料》雜志上。

此次研究是與約翰·A·保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院（SEAS）聯(lián)合完成的，雙方合作的成果有望在再生醫(yī)學(xué)、藥物開發(fā)等領(lǐng)域帶來(lái)重大進(jìn)展。

同軸SWIFT技術(shù)：突破血管打印的新方法

這項(xiàng)全新的3D打印技術(shù)被命名為“同軸SWIFT”（co-SWIFT），其核心功能是生成嵌入人體心臟組織中的血管網(wǎng)絡(luò)。與天然血管類似，這些3D打印的血管擁有中空的“核心”，外層由平滑肌和內(nèi)皮細(xì)胞構(gòu)成，完美模擬了人體血管的多層結(jié)構(gòu)。

這項(xiàng)技術(shù)基于2019年開發(fā)的SWIFT生物打印技術(shù)，后者曾取得突破性進(jìn)展，使科學(xué)家能夠在充滿活細(xì)胞的基質(zhì)中打印空心通道。雖然SWIFT技術(shù)能夠創(chuàng)建基礎(chǔ)的血管通道，允許液體流動(dòng)，但這些通道僅是簡(jiǎn)單的空腔，缺乏真實(shí)血管的多層結(jié)構(gòu)，無(wú)法有效承受血流的壓力。co-SWIFT在此基礎(chǔ)上更進(jìn)一步，打印出的血管不僅擁有空心通道，還添加了多層組織結(jié)構(gòu)，極大增強(qiáng)了血管的強(qiáng)度和功能，能夠承受血流壓力，表現(xiàn)得更像天然血管。

創(chuàng)新co-SWIFT技術(shù)的工作原理：雙通道

此次研究的第一作者、SEAS研究生保羅·斯坦基介紹說(shuō)，團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新之處在于“核心-殼”式的噴嘴設(shè)計(jì)。這個(gè)噴嘴包含兩個(gè)流體通道：一個(gè)用于噴射由膠原蛋白組成的“外殼”材料，另一個(gè)用于噴射由明膠組成的“核心”材料。這種設(shè)計(jì)不僅能夠打印出復(fù)雜的分支血管結(jié)構(gòu)，還能確保血管具備足夠的強(qiáng)度來(lái)承受血液流動(dòng)的壓力。

為了驗(yàn)證co-SWIFT打印血管的功能，研究團(tuán)隊(duì)選擇了與人體肌肉組織相似的膠原蛋白材料。在打印完成后，團(tuán)隊(duì)通過(guò)融化明膠核心，留下了空心的血流通道。隨后，他們?cè)谕鈿ど细郊恿似交〖?xì)胞，并在內(nèi)壁添加了內(nèi)皮細(xì)胞，使得打印的血管具備與天然血管類似的生物功能。經(jīng)過(guò)為期七天的測(cè)試，這些血管壁依然保持堅(jiān)固，內(nèi)皮細(xì)胞的存在降低了血管的滲透性，顯示出其良好的功能表現(xiàn)。

實(shí)驗(yàn)室中的跳動(dòng)心臟，一切“反應(yīng)良好”

研究團(tuán)隊(duì)還進(jìn)一步將co-SWIFT技術(shù)應(yīng)用于活體心臟組織的打印。他們首先通過(guò)人體心臟細(xì)胞構(gòu)建了名為心臟器官構(gòu)建塊（OBB）的小型細(xì)胞簇，并將這些細(xì)胞壓縮成致密的固體結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)類似于人體器官中的細(xì)胞排列方式，創(chuàng)造了一個(gè)更真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。在此基礎(chǔ)上，研究人員利用co-SWIFT技術(shù)在這些活體細(xì)胞基質(zhì)中成功打印出血管網(wǎng)絡(luò)。

在移除明膠核心并向血管灌注內(nèi)皮細(xì)胞后，研究人員進(jìn)行了為期五天的模擬血液灌注實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，心臟組織“反應(yīng)良好”，并表現(xiàn)出同步跳動(dòng)的現(xiàn)象，表明這些組織處于健康且功能正常的狀態(tài)。

值得一提的是，研究團(tuán)隊(duì)還通過(guò)患者的真實(shí)數(shù)據(jù)，成功3D打印出了左冠狀動(dòng)脈的血管模型。盡管距離實(shí)驗(yàn)室培育出可移植的器官還有一段距離，但此次研究成果無(wú)疑是朝著這一目標(biāo)邁出的重要一步。這項(xiàng)技術(shù)的潛在應(yīng)用不僅局限于器官移植，復(fù)制復(fù)雜的血管系統(tǒng)還為藥物開發(fā)、疾病建模以及再生醫(yī)學(xué)帶來(lái)了新的可能性。

目前，研究團(tuán)隊(duì)正致力于進(jìn)一步推動(dòng)co-SWIFT技術(shù)的發(fā)展，特別是在提升打印血管網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性以及改善其與活體組織的整合方面。