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活体器官生物打印机:用细胞打印静脉

(2010-07-21 19:10:02)
标签:

活体器官

细胞

静脉

生物反应器

杂谈

分类: 新技术新概念

    据《连线》杂志报道,器官移植拯救了很多人的生命,但这项技术也存在器官来源不足、排异反应难以避免等弊端。如今,随着美国生物技术公司Organovo开发出一款生物打印机,可利用患者自身细胞“打印”静脉,这些问题也将迎刃而解。或许,医生有朝一日可以“按需打印”活体器官,包括血管和完整的器官。

  Organovo公司高级科学家本-谢泼德(Ben Shepherd)说:“眼下,我们确实正在‘打印’血管。本周我们打印了不少,同时还在了解如何令它们的功能发挥至极致,可以打印功能更可靠的血管。”人体多数器官都布满密密麻麻的静脉,所以,打印维管组织的能力对获取完整器官而言是关键的一步。

  打印出来的静脉即将开始在动物身上进行试验,并最终实施人体临床试验。如果一切进展顺利,几年以后,你或许就能用自己细胞长成的“打印”组织替代变坏的静脉,例如因频繁注射化学药物而恶化的静脉。打印完整的器官不仅仅面临着技术上的障碍,第一台器官生物打印机从开发、测试、生产到推向市场,成本高达数亿美元,更不用提任何一家公司在获得美国食品药物管理局(FDA)批准时所遭遇的重重困难。

  美国南卡罗来纳医科大学先进组织生物制造中心主任弗拉基米尔-米罗诺夫(Vladimir Mironov)博士说:“如果Organovo公司可以筹集到足够的资金,这家公司就拥有了作为第一家生物打印公司取得成功的潜力,但这一切都需要时间去证明。”以下是Organovo公司展示的全程生物打印静脉的过程。

  1.生物反应器

活体器官生物打印机:用细胞打印静脉


生物反应器


活体器官生物打印机:用细胞打印静脉
生物反应器利用一种特殊的化学混合物,帮助细胞变成强有力的血管组织

  谢泼德将一个生物反应器放入孵化器中,与生长培养基反应,几天后取出。生物反应器利用一种特殊的化学混合物,帮助细胞变成强有力的血管组织,这种混合物类似于细胞在人体生长时的情况。

  2.干细胞

活体器官生物打印机:用细胞打印静脉

干细胞

活体器官生物打印机:用细胞打印静脉

经过培养,干细胞的数量会急速增加

活体器官生物打印机:用细胞打印静脉

一旦制作了足够多的细胞,就可以用离心机将它们从生长培养基中分离出来,压缩成颗粒状

  谢泼德将干细胞从液氮池中取出。经过培养,干细胞的数量会急速增加,然后再注入生物打印机。最终,这些细胞可以从患者身体各个部位——脂肪、骨髓和皮肤细胞——取出,制成起作用的静脉。在干细胞解冻以后,它们将在生长培养基中培养。这个步骤可以让干细胞不断繁殖和生长,这样,就可以用以形成静脉。生长培养基还利用特制化学物令干细胞长成所需要的类型,这种情况下则是血管细胞。一旦制作了足够多的细胞,就可以用离心机将它们从生长培养基中分离出来,压缩成颗粒状。

3.水凝胶支架

活体器官生物打印机:用细胞打印静脉

 

水凝胶支架


活体器官生物打印机:用细胞打印静脉

 

生物打印过程的第一步是铺设称为水凝胶的材料,这种材料可当作支撑静脉组织的临时支架。

活体器官生物打印机:用细胞打印静脉
泵压头安装在一个高精度机器人装配仪器上,令精度达到最大化

  生物打印过程的第一步是铺设称为水凝胶的材料,这种材料可当作支撑静脉组织的临时支架。定制生物打印机通过两个泵压头,喷射出支架结构或细胞制成培养皿。泵压头安装在一个高精度机器人装配仪器上,令精度达到最大化。在上图中,右边的泵压头浸入放水凝胶的容器中。

  一个称为生物反应器的小容器被用于模拟静脉,它在打印静脉之前就准备好了。生物反应器是生物科技体系中一个相当标准的部分,利用一块铝制造而成,这块铝围绕在有许多端口的塑料容器周围。这些端口被用于抽出给生长的静脉提供养料的化学物。在打印静脉以前,技术人员用手将几管培养好的细胞注入打印头(与生物质打印墨盒相似)。

  4.血管的水凝胶模具

活体器官生物打印机:用细胞打印静脉

血管的水凝胶模具

活体器官生物打印机:用细胞打印静脉

技术人员将一排排水凝胶平行放入培养皿盆的水槽里

  技术人员将一排排水凝胶平行放入培养皿盆的水槽里,在水槽中打印颗粒状细胞圆柱体。至少一个水凝胶圆柱体被打印在细胞的中间位置,用于制作静脉内的小孔,而血液最终将通过这个小孔流进流出。

   5.长进静脉中

活体器官生物打印机:用细胞打印静脉

长进静脉中

  在接下来几周,打印出来的静脉放入另一个生长培养基。不久,细胞从水凝胶模子中倒出来,留下一个中空的血管细胞软管。

  6.经过特殊处理

活体器官生物打印机:用细胞打印静脉

 

经过特殊处理

活体器官生物打印机:用细胞打印静脉
生物反应器将由蛋白、缓冲剂和其他多种化学物构成的特制混合物喷在打印好的静脉中

  接着,再将打印出来的管状细胞放入生物反应器。生物反应器将由蛋白、缓冲剂和其他多种化学物构成的特制混合物喷在打印好的静脉中。这一步骤使得细胞可以变成功能可靠的静脉,令其效用发挥到极致。

  7.打印静脉成品
活体器官生物打印机:用细胞打印静脉

打印静脉成品
在生物反应器内停留一段时间以后,颗粒状细胞长在一起形成静脉,然后就能植入患者体内。因为静脉是从患者自己的细胞长出来的,他们的身体更有可能接受移植过来的静脉,从而不会产生排异反应。

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