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科學(xué)家利用生物積木 打造人工器官

【?2010-05-17 發(fā)布?】 美迪醫(yī)訊
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科學(xué)家利用

由麻省理工學(xué)院—哈佛大學(xué)健康科學(xué)與技術(shù)系打造的聚合物立方體的半球。

據(jù)麻省理工學(xué)院新聞報(bào)道,生物組織工程師們創(chuàng)造出一種組裝人造組織的新方法:利用‘生物積木’——細(xì)胞磚塊進(jìn)行堆砌,搭建人工器官構(gòu)架。

長(zhǎng)久以來(lái),生物組織工程學(xué)一直誓言要打造出新器官,以取代壞損肝臟、血管和其他身體部件。然而,如何使得細(xì)胞在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)皿中長(zhǎng)成三維形狀而不是平層成為一個(gè)主要障礙。麻省理工學(xué)院—哈佛大學(xué)健康科學(xué)與技術(shù)系(HST)的研究人員已經(jīng)提出了一個(gè)新方法來(lái)克服這一挑戰(zhàn):將活體細(xì)胞封裝在立方體內(nèi)然后布置成三維結(jié)構(gòu),就像孩子用積木搭建房屋那樣。

這項(xiàng)被稱為“微砌體(micromasonry)”的新技術(shù)采用一種類似混凝土的凝膠樣物質(zhì),使得細(xì)胞隨著它固化一同成為“磚塊”。研究相關(guān)描述由HST助理教授阿里·科海德姆豪斯尼及HST前博士后哈維爾·戈麥斯·費(fèi)爾南德斯上周發(fā)表于在線雜志《先進(jìn)材料》上。

這種微細(xì)胞磚具備打造人工組織或其他類型醫(yī)療設(shè)備的潛力,珍妮弗·埃麗塞弗說(shuō)道,她是約翰霍普金斯大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程副教授,并未參與此項(xiàng)研究。她說(shuō):“這些微細(xì)胞磚體非常精致優(yōu)雅,并且具備可以隨意打造的靈活性,它極具創(chuàng)意。”

可控制結(jié)構(gòu)

要獲得組織工程中的單個(gè)細(xì)胞,研究人員必須首先打破組織,采用酶來(lái)消化分解使細(xì)胞結(jié)合在一處的細(xì)胞外物質(zhì)。然而,一旦細(xì)胞脫離了束縛,就很難將它們組裝到模擬自然組織的微結(jié)構(gòu)體系中。

一些科學(xué)家已經(jīng)成功地打造出諸如皮膚、軟骨或膀胱之類附著在可降解泡沫支架上的簡(jiǎn)單組織。“它們可用,但往往缺乏可控制的微結(jié)構(gòu)體系,”科海德姆豪斯尼說(shuō)道,他還兼任布里格姆婦女醫(yī)院助理教授。“你得不到跟正常組織同樣復(fù)雜的人造組織。”

HST研究人員將細(xì)胞封裝在具備諸多醫(yī)學(xué)應(yīng)用的聚合物聚乙二醇(PEG)中,打造出“生物積木”。他們采用的是液態(tài)形式、光照下變?yōu)槟z的聚合物,所以當(dāng)涂敷聚乙二醇的細(xì)胞見(jiàn)光時(shí),聚合物固化并將細(xì)胞包裹在其中,形成邊長(zhǎng)100到500微米的立方體。一旦細(xì)胞形成立方體形式,就可以用模板將其布置成特定形狀,模板由聚合物硅橡膠(PDMS)制成,該材料在多種醫(yī)療設(shè)備中均有應(yīng)用。模板和細(xì)胞立方體一起再次涂敷聚乙二醇,隨著聚合物自身牢牢附著在模板表面,它就像膠水一樣將細(xì)胞立方體粘和在一起。

待細(xì)胞立方體布置妥當(dāng),它們?cè)俅我?jiàn)光,液態(tài)聚合物偕同立方體一起固化。模板被撤除后,細(xì)胞立方體就組成了新的結(jié)構(gòu)。用此方法,戈麥斯·費(fèi)爾南德斯和科海德姆豪斯尼造出了可實(shí)現(xiàn)毛細(xì)血管功能的管狀組織,或有助于克服人造器官工程最持久的問(wèn)題之一,即缺乏及時(shí)的血液供應(yīng)。”如果你建造一個(gè)器官,而無(wú)法提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),那么它會(huì)死去,”現(xiàn)為哈佛大學(xué)博士后研究員的戈麥斯·費(fèi)爾南德斯說(shuō)道。他們希望自己的工作成果也能引領(lǐng)制造人工肝臟或心臟組織的新方法。

其他研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種被稱為 ‘器官印制’的技術(shù),可以創(chuàng)建出復(fù)雜的三維組織但整個(gè)過(guò)程需要一種尚未得到廣泛應(yīng)用的機(jī)器人設(shè)備。我們這項(xiàng)新技術(shù)則不需要任何特殊設(shè)備。“你可以在任何一間實(shí)驗(yàn)室復(fù)制應(yīng)用該技術(shù),”戈麥斯·費(fèi)爾南德斯說(shuō)道。“它十分簡(jiǎn)單。”

要使得這些人造組織得以臨床應(yīng)用, “短期內(nèi)的下一步就是要關(guān)注不同細(xì)胞類型和組織生長(zhǎng)的可行性,”埃麗塞弗說(shuō)道。研究人員目前正在這樣做,而且他們還探索了不同聚合物的應(yīng)用,用以替代聚乙二醇并對(duì)細(xì)胞定位提供更多的控制。

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