科学家首次3D打印出活体组织 未来有望应用于医疗领域

利用一台3D打印机，科学家将这些小水滴组装成一种与胶状物类似的物质。图片来源：《自然》

　   本报讯 研究人员日前创造出一种水滴网络，能够模仿生物组织中的细胞的一些特性。利用一台3D打印机，一个英国牛津大学的研究小组将这些小水滴组装成为一种与胶状物类似的物质，从而能够像肌肉一样弯曲，并能够像神经细胞束一样传输电信号，这一成果将来有望应用在医疗领域。

　　研究人员在4月5日出版的美国《科学》杂志上报告了这一研究成果。

　　研究人员说，这样打印出来的材料其质地与大脑和脂肪组织相似，可做出类似肌肉样活动的折叠动作，且具备像神经元那样工作的通信网络结构，可用于修复或增强衰竭的器官。由于这是合成材料，因此它还可避免一些用干细胞等方式制造活体组织而引发的问题。

　　这项研究的合作者、剑桥咨询公司——这是一家技术转移公司——的Gabriel Villar指出，这些网络能够包含多达35000个小水滴，从而有朝一日能够成为一个合成人造组织或提供器官功能模型的平台。他说：“我们想要看看到底能够把对活体组织的模仿做到一个什么样的境界。”

　　这一网络依赖于每个小水滴都拥有一个脂质涂层，它是将液滴放入一个油与一种纯脂的精调混合物中后形成的。

　　这种脂分子具有一个亲水的前端——它能够黏附在水滴的表面，以及一个憎水的末端——它能够戳到油脂溶液。当两个具有脂质涂层的小水滴碰到一起后，利用由憎水末端形成的“毡毯”，它们能够彼此像维可牢一样紧紧地粘在一起，从而形成一个双层脂膜，这一点与细胞膜非常类似。这种双层脂膜从而在小水滴之间形成了一种结构与功能联系。

　　尽管之前的研究已经表明，具有脂质涂层的小水滴能够形成这样的连接，但它们水汪汪的成分以及球形结构使其非常难以组装。“我已经制造出了大量黏结在一起的小水滴，”并未参与此项研究的欧登塞市南丹麦大学的生物医学工程师David Needham表示，“但是把它们打印出来真是一项成就。”

　　为了完成这项伟大的壮举，当时还是一名牛津大学黑根·贝利实验室研究生的Villar研制出一台打印机，它能够从一根玻璃喷嘴向一个装满了油脂混合物的5毫米深的容器中喷射小水滴。当这些小水滴沉入容器底部后，它们便获得了自己的脂质涂层。目前这种打印机喷出的液滴直径约50微米，有5个活体细胞那么大，但相信将来能够将液滴尺寸缩小。

　　一个电动平台随后非常轻微地移动着这个容器，从而使下一个液滴恰好能够跌落在上一个液滴的上面或旁边，并最终形成一个形状看起来像圆球、立方体，甚至城堡和花朵的水滴网络。

　　Villar随后加入了第二根喷嘴，从而使得两种类型的液滴能够同时被喷出。为了使网络能够弯曲，他将一层含盐的液滴紧挨着低盐的液滴打印出来。由于水能够穿透双层脂膜，从而使含盐的液滴内充满了来自其邻居的水，并最终使整个结构产生弯曲。而为了给电流创造一条路径，Villar打印了一种包含有可在双层脂膜上打洞的毒素的液滴，最终使电流得以通过。

　　美国南卡罗来纳州克莱姆森大学的生物工程师Karen Burg认为，这项技术依旧太过于初级，而无法用于临床环境，或用于模拟真实器官中。他说：“你可以长久而热烈地讨论，这些给你带来有用信息的东西是多么的复杂。”

　　“如果他们的想象力真的能够变成组织，我认为他们依然有很长的路要走。”Needham说，“但我认为他们正在一条正确的道路上前进。”

　　近年来，3D打印技术飞速发展，从工程到航天，从教育到医疗，应用越来越广泛。今年2月，美国康奈尔大学研究人员就曾报告说，他们利用牛耳细胞通过3D打印机打印出人造耳朵。（赵熙熙）

　　《中国科学报》 (2013-04-08 第2版 国际)