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Nature子刊:3D打印将细胞排列成特定图案,为损伤血管打“补丁”

2017/06/15 来源:生物探索
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导读
近日,来自波士顿大学等机构的研究人员开发一种新方法,利用注入内皮细胞的3D打印血管补片,生长出健康血管。该研究发表在新一期的Nature Biomedical Engineering期刊上。


血管狭窄、硬化或者堵塞引起的组织缺血经常导致心脏病发作,中风,坏疽等严重疾病。虽然目前的手术可以修复大血管出现的问题,但治疗那些比较微小或已被治疗损伤过的血管仍然十分复杂。近日,来自波士顿大学等机构的研究人员开发一种新方法,利用注入内皮细胞的3D打印血管补片,生长出健康血管。该研究发表在新一期的Nature Biomedical Engineering期刊上。

本研究的通讯作者C. S. Chen与临床合作伙伴,布莱根妇女医院的外科医生C. Keith Ozaki以及斯坦福大学心胸外科主任Joseph Woo博士,开发了这种能够促进血管增长的血管补片,同时避免了其他方法会产生的一些问题。

Chen 说:“注射生长因子促进新血管新生是一种十分有潜力的治疗缺血的实验方法。但在实际操作中,新的血管分支从一个“毛团”般混乱弯曲的毛细血管网中萌生,无法使血液顺畅地流通,因此,我们想知道是否可以通过组织它们的结构来解决这个问题。”

Chen和同事们设计了两个带有内皮细胞(能够促进心血管形成)的补片,一个补片被预先组织成特定的结构,另一个补片在没有被组织成任何结构的情况下被简单地注入。小鼠体内实验表明,预先组织成特定结构的血管补片能显著减少缺血发生率,而没有经过组织的血管补片像Chen所说的“毛团”一般混乱。

Ozaki表示:“这项临床前工作提出了一种新颖的方法来引导血液流向人体特定区域。增强的血液营养提供了宝贵的氧气来治疗并功能性维持重要的器官,如心脏和四肢。


利用3D打印的方法,将内皮细胞注入血管补片上不同图形的通道中。细胞排列方式的差异影响着血液流通情况。图片来源:Nature Biomedical Engineering

为了在如此微小尺寸(100微米)3D打印血管,Chen与波士顿的一家生物技术公司Innolign合作。 3D打印方的法使Innolign和Chen团队的研究人员能够快速修正并测试他们的设计,帮助他们确认哪些结构效果更好。此外,3D打印技术的可扩展性能够使研究人员在更大,更复杂的生物和组织环境中检测他们的设计,这将有助于进一步的研究进行。

Chen说:“我们想要解决的问题之一是植入物的结构是否重要,研究结果是肯定的,这就为何我们要使用3D打印这种独特的方法。血管补片的预组织结构有助于指导新血管的形成,这似乎为下游组织提供了足够的血液,虽然不能完全修复,但我们观察到了缺血组织的功能恢复。”

Chen指出,虽然这项研究成果很有前途,但这种方法还处于早期阶段。展望未来,他的团队将继续致力于血管补片的可扩展性,同时尝试使用不同的体系结构,看看是否能找出效果更好的结构。

参考资料:

3D-printed vascular networks direct therapeutic angiogenesis in ischaemia

3-D-printed patch helps guide growing blood vessels

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