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【趣味研究】AHM:美科学家用棉花糖机造出血管

2016/03/05 来源:生物探索
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导读
根据AHM上新发表的一篇文章,范德比尔特大学的科学家们,用40美元就可以买到的棉花糖机,在一种全新的方式下,创造了三维毛细血管脉络,保证细胞存货运作一周以上。


一说棉花糖,你可能就会想到热闹的集市或者游乐园,但是美国Vanderbilt(范德比尔特大学)的科学家让你对这种云絮般的甜点有了全新的认识。

科学家创造三维毛细血管脉络,保证细胞存货运作一周以上

人类探索人造器官的方式各种各样。2月,范德比尔特大学的机械工程助理教授Leon Bellan在《先进医疗材料》(Advanced Healthcare Materials,AHM)期刊发表了一篇文章,介绍说利用40美元的棉花糖机器研制出了人造毛细血管的新方法 。在这种全新的方式下,创造了三维毛细血管脉络,保证细胞存货运作一周以上。

借助棉花糖搅拌装置进行医疗再利用的想法乍听之下非常疯狂,其实不然。人体的毛细血管每根约10微米宽,向细胞输送氧气和营养物质,还能运输废料。人造毛细血管将会成为3D打印器官的重要部分,因为这些毛细血管可支持细胞和组织的生长。人造毛细血管的常见生产方法是“静电纺丝”,但后者是人体内原宽度的10倍。

Leon Bellan表示,一些专家觉得这种方式有点荒诞。但是实验已表明,他们可以使用这种简单的技术创造一个微流体体系,来真实模拟人体内的三维毛细血管系统,并且还可以和细胞很好的共存。一般来说,创建二维网络并不难,但从二维跳到三维却很不容易;通过这种方法,他们将尽可能的让血管系统达到想要的样子。


包含微血管脉络的三维明胶板

科学家如何用棉花糖机制作血管的?

目前很多研究都在探索培育活体组织的可能性,最终将延伸到活体器官。为了让这些人造材料可用,科学家们需要创造一个让液体循环的通道,来模拟穿过人体组织的毛细血管。

范德比尔特大学的研究员采用了一种“自上而下”的方法------首先制作框架和毛细血管结构,然后填充活细胞。Bellan说,是课堂讲座启发了他用棉花糖机这个鬼才点子。于是他花了40刀买了一个棉花糖机。做出来的糖丝半径大概只有人类头发的十分之一,大概就是毛细血管的尺寸,所以可以用它们来制作人造材料中的通道结构。

平时大家经常把静电纤维类比作喷彩、起司酱或者棉花糖。实验团队只是把棉花糖当作模具,然后再在上面倒胶。硬化后的胶水就形成了人工毛细血管。

灌注液体的微血管网络 图B是图A中白色框选区域的放大图

在构建系统的时候,他们还使用了一种叫做PNIPAM的材料,这种聚合物在30摄氏度(89华摄氏度)及以上不可溶,在该温度之下可溶。所以他们可以在构造人工毛细血管之后溶解掉棉花糖。

研究意义:或可制作出挽救生命的真实人造器官

Leon Bellan在报告中表示:7天之后,有灌流通道的框架中90%的细胞依旧存活并可运行,而没有这些结构的,只有60%-70%的细胞存活。他们的目标是创造一个基础的“工具箱”,可以让其他研究人员使用这种简单、低成本的方法来制造人工血管,用以支持人工肝脏、肾脏、骨骼和其他器官的运行。

这项技术所制造出的人体器官并不是医学模型,而是可以挽救生命的真实人造器官。研究人员发现棉花糖机在离心旋转的过程中,那个糖融化成丝状,不仅蓬松而且呈现超细纤维的状态,这就像人体的毛细血管。

目前,这项技术还处于非常早期的阶段,不过目前研究人员已经取得了更大的进步。研究人员使用电纺材质生成的凝胶块,在一周的时间里通过10倍的稀释剂,让整个人造器官的造价变得更低。未来,使用这项技术,医院不再需要昂贵的专业3D打印机就可以制造人造器官,而一切所需的仅仅是一台40美元的棉花糖机。

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