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全球首例!中国科学家成功将3D打印血管植入猴体

2016/12/17 来源:观察者网
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导读
近日,中国科学家成功将3D打印血管植入恒河猴体内,实现血管再生,解决了困扰临床半个世纪的人工血管内皮化的问题。

近日,中国科学家成功将3D打印血管植入恒河猴体内,实现血管再生,解决了困扰临床半个世纪的人工血管内皮化的问题。我国首批“千人计划”专家、四川蓝光英诺生物科技股份有限公司(以下简称“蓝光英诺”)首席科学家康裕建表示,此项成果属于全球首创,对干细胞技术临床应用具有里程碑意义。

3D生物打印血管解决了过去人造血管堵塞、凝血等问题

据科技日报报道,康裕建表示,“过去的人造血管不是生物材料,无法产生内皮细胞,其进入生物体后容易发生堵塞、凝血等问题。而此次实验打印出的生物血管,则能够生成血管内皮细胞,保证血液流动畅通。”

此外,传统人工血管约10年后就需更换。新技术解决了该问题,打印血管可终身使用。另外,移植传统人工血管患者需终身使用抗凝剂,而打印血管将这一时间缩短到术后5天,此后无需任何药物治疗。

3D打印生物血管

血管内皮细胞通常指衬于心、血管和淋巴管内表面的单层扁平上皮,它形成血管的内壁。它们具有吞噬异物、细菌、坏死和衰老的组织,还参与集体免疫活动功能。

康裕建称,在本次实验中,团队首先利用取自恒河猴自体的脂肪间充质干细胞进行培养,随后用独创的“生物砖”技术将脂肪干细胞转化成生物“墨汁”——干细胞可以分化为机体的任何一种细胞。

科学家在进行手术

然后用3D生物血管打印机构建出人造血管,最后植入实验动物体内,利用动物体内自主再生能力,形成完整的血管功能。

据中新网报道,具体来说,他所带领的团队从恒河猴身体中取出约5克脂肪,提取出脂肪间充质干细胞制成3D生物打印所需的“墨汁”,再用特制设备打印出血管,并置换该猴体内一段约2厘米的腹主动脉。

康裕建介绍说,术后1个月,打印血管已与恒河猴自身腹主动脉融为一体。

据悉,自2016年5月正式开始进行3D生物打印血管动物实验,截至2016年12月1日,蓝光英诺已在30只恒河猴进行体内植入实验,实验动物术后存活率为100%。

以干细胞为核心的四大核心技术

据悉,此次3D生物打印技术促进人工血管内皮化研发项目,由蓝光英诺和四川大学华西医院再生医学研究中心、四川省生物增材制造产业技术研究院共同承担研究,并且入选了国家“863”计划。

康裕建上世纪90年代开始在美国从事干细胞研究,他介绍说,“利用干细胞为核心开展的3D生物打印,包括3D生物云计算平台、生物砖、3D生物设备和3D打印后处理系统四大核心技术体系。”

2015年10月26日央视报道全球首台3D生物打印机

去年10月,蓝光英诺成功研制出全球首台3D生物血管打印机。这台独创的3D生物血管打印机,拥有3D生物打印空间旋转平台、精确协同工作的双喷头打印技术、可视化的互动打印操作系统、喷头及环境控制系统等一系列创新。

在运用上述独创设备的基础上,本次实验中使用的打印“墨汁”——生物砖技术则是该实验成功的核心。康裕建说,生物砖是一种具有核壳结构、由生物可降解材料作为保护层、内含种子细胞与活性调控物质的基本单元。

“实验中,生物砖用于复制胚胎发育时期的各种微环境,使干细胞在体外可以得到精确的定向分化控制。将生物砖作为打印‘墨汁’的基本组成,具有维持干细胞干性、定向分化或去分化作用及抗机械损伤能力,能够保证打印过程中细胞的完整性与生物活性。”

目前最成熟的3D生物打印技术

据悉,该技术将用于心血管疾病治疗。研究表明,心血管疾病发病率为全球第一。全球每年有约1.56亿人、国内约1900万人有人工血管移植需求。

蓝光发展公告称,下一步,公司3D生物打印血管将向有关监管机构申请临床试验。

田纳西大学(University of Tennessee)分子资源中心(Molecular Resource Center)执行理事唐纳德•托马森(Donald Thomason)在蓝光英诺发表成果时表示:“虽然世界各地都在发展生物材料3D打印,但这个项目的成果……是我见过最成熟的。”托马森教授预计,通过临床试验,技术有望在5到10年内大规模使用。

伦敦机械工程师协会(Institution of Mechanical Engineers)医疗保健主管海伦•米斯(Helen Meese)表示蓝光英诺的研究“对于全球生物科技界是一项令人振奋的成果”。她同时表示:“迄今为止的大部分研究都是在实验室进行的小规模测试。下一个重大挑战是扩大规模,而他们的研究是朝着这一方向迈出的一大步。”

3D打印血管价格更低廉正研究应用到其他人体器官

“会比现在便宜,而且是自己身体的干细胞,没有排异反应。”对成本,康裕建透露低于目前人工血管。

托马森认为,该项目为3D生物打印技术用在更广泛医学领域提供了可能。

康裕建表示,目前已在尝试打印类似管腔材料:胆管、输尿管、输卵管、食管,同时对肝脏、心脏等人体器官也在研发中,“借助该技术还将促进损伤器官再生,在人体器官出现问题苗头时即予以修复。”

不过,米斯也表示,该成果有待发布,实验步骤也要在其他实验室重复进行。她估计至少要20年时间才能将心脏或肾脏等更复杂的3D打印器官移植到人类病患体内。

12月11日发布会现场

谈及此项技术的未来应用,康裕建说,配合生物砖技术成功实现血管再生,将是构建一切人造生物活性器官的基础。

未来将在胚胎学研究、细胞疾病模型,细胞治疗、诱导组织再生、诱导血管再生及用药预测、损伤修复、再生医学、替代病变组织和器官等领域发挥突破性作用。

他介绍,该动物实验将持续到明年5月,后续阶段将完成3D生物打印血管移植手术程序的标准化。

(综合科技日报、中新网、FT中文网等)

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