瑞士研究人员开发出 微型器官打印 – 新闻焦点

瑞士EPFL研究所的研究人员,开发出可打印外观和功能几乎与原尺寸器官相似的微组织。微型组织的宽度可以微小到几厘米,能使科学家研究以前不可能的生物学过程,甚至测试新的治疗方法。

生物打印实时情况录像(Credit:EPFL YouTube Channel)

多年来,微型版器官,例如脑,肾和肺(称为“类器官”)皆是从干细胞中生长出来的。有机体有望减少对动物测试的需求,并提供更好的模型来研究人体器官的形成方式以及该过程在疾病中如何发生。但是,传统的生长类器官的方法导致干细胞组装成微米至毫米大小的空心球。 “这是非生理性的,因为许多器官(例如肠或气道)是管状的,并且尺寸更大”,EPFL生物工程研究所的教授吕托夫 (MatthiasLütolf) 说。他领导的这项研究,刚刚发表在《自然材料》期刊上。

为了开发类似于正常组织的更大类器官,Lütolf 和他的团队转向了生物打印。就像3D打印机让人们创造日常物品一样,类似技术也可以帮助生物工程师组装生物组织。但是,生物打印机中使用但是生物墨水—即包裹活细胞的液体或凝胶,代替传统3D打印机使用的塑料或粉末。 “生物打印技术非常引人注目,因为它可以将细胞沉积在3D空间中的任何位置,因此可以将细胞排列成类似器官的结构,例如试管,”吕托夫说。

研究人员设计了一种定制的生物打印装置,由显微镜和经由注射器泵相连的细喷嘴抽吸和沉积细胞的装置组成。在显微镜阶段,研究小组安装了一块含有凝胶的板,该凝胶类似于在许多组织中发现的复杂细胞外环境。吕托尔夫指出,这种类型的凝胶“非常有效地允许细胞形成组织,但是由于难以处理,人们尚未真正将其用于生物打印。”

通过移动显微镜载物台并通过显微镜镜头不断监控过程,研究人员能够在肠道凝胶中沉积一系列长度为几厘米的肠道干细胞。 吕托夫说:“使用显微镜的妙处在于,我们始终可以看到自己在做什么,并且可以观察到细胞在做什么,而不会盲目。” “在其他生物打印方法中,我们看不到发生了什么事情。”

吕托尔夫说,一旦干细胞被播种,“魔术就发生了”:这些细胞开始生长并彼此相互作用,形成了一个连续的管状组织,模仿了正常肠道的许多解剖学和功能特征。实验室长出的肠子,大小可达三厘米,由带有干细胞的隐窝形口袋组成,它们含有与全肠相同的专门吸收和分泌细胞。小肠的分泌细胞还能够响应特定刺激而分泌抗微生物分子。

使新开发的方法与其他生长类器官的方法不同(更成功)的原因在于,它结合了3D打印的灵活性和精度以及干细胞自身生长和组织的能力。

通过从胃肠道生物打印形成类器官的细胞,研究人员还产生了胃,小肠和结肠的部分,然后形成了相互连接的微型微型亲代器官。吕托夫指出,使用传统的类器官生长方法,“您可以生长胃类器官或肠类器官-而通过生物打印,您可以组合不同的细胞类型并以不同的方式排列它们,”他说。

吕托尔夫说,虽然微型器官可以发挥其正常器官的功能,但在再生医学中的用途,包括用于替代人体组织和器官的器官,仍需要数年的时间。但他指出,新开发的方法可用于建立人类疾病(包括癌症)的组织模型,并用于测试候选药物如何作用于组织内特定细胞类型。

研究小组现在希望使用生物打印技术来构建呼吸道,以研究病毒感染,例如,感染导致COVID-19的SARS-CoV-2病毒。然后,被感染的微型航空公司可以帮助测试不同的治疗方法。“最大的优势在于,借助显微镜,您可以观察感染的发展情况,从而可以量化并研究发生的情况,”吕托夫说。“这是令人兴奋的观点。” (SourceEPFL)

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