科学家开发3D打印血管新技术和新材料

今天发表在《自然生物医学工程》杂志上研究中，莱斯大学的生物工程师表明，他们可以通过从3D打印糖的模板中创建复杂的血管网络，使密集的细胞在相对较大结构中保持两周的活力。这可能是通往3D打印血管的最佳方法。

糖粉是莱斯大学一个配方中的特殊成分，用于在实验室生长的组织中模仿人体复杂分支的血管。莱斯大学的米勒生物工程实验室准备选择性激光烧结系统。研究人员使用该系统从糖粉中3D打印血管模板。模板使生物工程师能够制造出实验室生长的组织，该组织具有足够的血流维持密集的细胞。

研究人员说，通过开发模仿自然血管网络的新技术和新材料，现在已经接近可以为足够数量的细胞提供氧气和营养以达到有意义长期治疗功能的地步。

糖模板是在研究合著者、莱斯大学生物工程助理教授乔丹-米勒（Jordan Miller）的实验室里用开源的、经过改进的激光切割机3D打印出来的。

研究人员表示，复杂细致的结构可以通过选择性激光烧结实现，这是一种3D打印工艺，可以将细小粉末颗粒融合成固体3D物体。与更普通的挤压式3D打印不同，在熔化3D打印中，熔化的材料束通过喷嘴沉积，而激光烧结则通过在干燥粉末填充床中轻轻熔化并融合小区域来实现。他说，挤压和激光烧结都可以一次形成一个2D层的3D形状，但是激光方法可以生成结构，否则结构如果被挤压则很容易塌陷。存在某些架构，例如悬垂结构，分支网络和多血管网络，这些在挤出印刷中确实无法很好地完成。选择性激光烧结使其在三个维度上都拥有更多的控制权，能够轻松访问复杂的拓扑结构，同时仍保留糖材料的效用。

糖在创建血管模板方面特别有用，因为它在干燥时很耐用，并且可以快速溶解在水中而不会损坏附近的细胞。为了制造组织，研究人员使用一种特殊的糖混合物印刷模板，然后用液体凝胶中的细胞混合物填充印刷糖网络周围的体积。凝胶在数分钟内变成半固体，然后糖被溶解冲走，为营养物质和氧气留下一个开放的通道。

这种方法的一个主要好处是可以最快速度生成每个组织结构，可在5分钟内创建一些迄今为止展示的最大组织模型。

这项新研究回答了两个重要问题：哪些糖可以烧结成连贯的结构，什么计算算法可以衍生出模仿自然界中发现的复杂分支架构？

研究人员正在使用受自然界启发的算法创建组织功能网络，在创建了以这些可计算生成的血管结构图案化的组织后，该团队演示了通道内内皮细胞，并致力于研究周围组织中生长的细胞（包括称为肝细胞的啮齿动物肝细胞）的存活和功能。众所周知，这些细胞很难在体外维持。

研究人员表示，与许多其他生物打印技术相比，这种方法可以与更广泛的材料混合物一起使用。

该研究证明了通过3D血管网络灌注能够维持这些大型肝脏类组织体外存活。虽然在维持肝细胞功能方面仍然存在着长期挑战。