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生物打印器官——器官捐赠的未来选择?

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周一2nd9月标志着器官捐献周的开始,这是一个强调器官捐献重要性和庆祝捐赠者无私奉献的时间。目前在英国有6300人都在等待器官移植,可悲的是,每天都有约三人在等待中死去。作为努力的一部分增加献血者的数量,减少一些可预防的死亡,英国正在搬到2020年实行“退出”制度。在英国,所有成年人都将被视为器官捐赠者,除非他们已经做出了不捐献的决定,或者属于被排除在外的群体之一。

虽然这种方法有望缩短患者等待合适器官移植的时间,但它并没有解决移植的另一个主要问题——排斥反应。移植受赠者的免疫系统将捐赠器官识别为“外来器官”并能攻击它们以将它们从体内清除。免疫抑制药物可以帮助最小化排异反应的程度,但并不总是长期有效,而且它们的使用本身就有不良反应。

在一个理想的世界里,没有必要依赖捐赠的器官。任何需要移植的人都将得到一个在实验室里用他们自己的细胞生成的个性化器官。这意味着不用等待人类捐献者,排异反应的可能性也很小。虽然这在目前看来是一个相当未来的想法,但几个研究小组正在迈出第一步,希望有一天能让它成为现实。

3D生物打印技术是许多此类项目的核心。基于3D打印的原理,生物打印技术使用由细胞制成的生物墨水逐层打印活组织.某种形式的支架也通常参与到支持和保护细胞的过程中。通过仔细控制细胞的位置,生物打印可以制造复杂的生物结构。许多利用这项技术打印功能性人体组织的项目正在进行中,这是打印整个器官的第一步。

心脏

卡内基梅隆大学的科学家最近证明了这种能力打印全尺寸心脏组件,包括心肌细胞、心脏瓣膜和心室。哈佛大学生物医学工程和材料科学与工程教授亚当·范伯格解释说:“我们已经证明,我们可以用细胞和胶原蛋白打印出心脏的碎片,变成真正起作用的部件,比如心脏瓣膜或小的跳动心室。新闻稿

使用一种专门开发的水凝胶,研究人员克服了打印胶原蛋白的主要困难之一——防止胶原蛋白变形。胶原蛋白是人体组织中含量最丰富的蛋白质,因此有效地生物打印胶原蛋白的能力对于创造心脏以外的器官也很重要。

“重要的是要明白,还有许多年的研究尚未完成,”范伯格补充说。“但我们在工程设计功能性人体组织和器官方面取得了真正的进展,这篇论文是这条道路上的一步,我们仍然应该感到兴奋。”



肺部

创造功能完整的组织和器官的一个主要挑战是能够为它们提供一个能够提供充足血液供应并有效清除废物的系统。来自莱斯大学的一组科学家最近设计了一种开源生物打印技术SLATE(用于组织工程的立体光刻设备)-能够创建复杂的脉管系统。

该团队通过生物打印肺模拟气囊证明了该技术的能力,该技术允许类似于人类肺泡气囊中发生的气体交换的氧气运动。该技术也可以应用于生物打印其他组织和结构,如心脏的二尖瓣。

莱斯大学生物工程助理教授乔丹·米勒说:“随着多血管和血管内结构的加入,我们为工程活组织引入了广泛的设计自由。在一份详细介绍这项工作的新闻稿中.“我们现在可以自由地建造人体中发现的许多复杂结构。”



肾脏


继2016年完成的研究之后,Wyss研究所的一个团队最近创建了一个三维血管化近端小管模型它能更充分地模拟人类肾脏的重吸收功能。在该模型中,可灌注的小管和血管彼此相邻,并能够通信。“我们在几天内构建了这些活肾装置,它们可以在几个月内保持稳定和功能,”第一作者尼尔·林(Neil Lin)说新闻稿

这项工作是Wyss研究所的3D器官工程计划该组织汇集了多学科研究人员,旨在开发生物工程可移植组织和器官。



不同的研究小组也在进行其他器官的生物打印皮肤而且角膜

虽然这些例子突出了在精确打印功能组织方面所取得的巨大进展,但要实现生物打印适合移植的整个器官可能还需要一段时间。从小的,相对简单的组织结构到大的,复杂的完整的器官将需要进一步的进展在血管网整合等领域。

一旦技术障碍被克服,完全功能的器官可以成功地被生物打印出来,在患者能够接受生物打印器官之前,广泛的安全测试和监管政策也可能会延长时间。尽管不幸的是,生物打印不太可能帮助目前需要器官移植的患者,但许多人乐观地认为,生物打印的组织和器官何时可用并不是器官捐赠的另一种选择。


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安娜·麦克唐纳
安娜·麦克唐纳
科学作家
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