生物工程师和设计师将3D打印器官紧密结合在一起

2020-12-05 16:05:15 anet 3

  您可以3D打印几乎所有东西,从花盆到家具,甚至还有几个实验室都可以3D打印可以用于移植的器官结构。但是有些器官比其他器官更难制造。最大的挑战之一是我们的许多器官与复杂的血管网络交织在一起,而这些网络对于器官的功能至关重要。打印这些容器很困难,但是赖斯大学的研究人员现在已经找到了一种方法,可以在设计工作室的帮助下进行。

3D打印人工肺

  赖斯生物工程师在3D打印机上打印的带有周围血管的模仿肺的小型气囊... [+] 乔丹·米勒/赖斯大学

  3D打印功能器官的承诺一直是减轻当前的供体系统。根据美国器官共享网络的数据,目前在美国有超过7.4万人等待器官捐赠,但在2019年的前三个月中,仅进行了9,502例移植手术。现有的供体器官短缺,可以按需3D打印它们。但是,为了与真实的人体器官竞争,这些3D打印的器官必须能够发挥其预期的功能。对于像膀胱这样的相对简单的器官来说,这并不难。但是,例如,进行3D打印的肺部则完全不同。

  肺是复杂的结构,具有复杂的空气管道和血管通路,它们相互影响以形成功能正常的肺。赖斯大学的生物工程师约旦·米勒(Jordan Miller)认识到,用3D打印如此细密的缠绕血管网络是一件艺术品,因此他寻求艺术家的帮助。

  通过Thingiverse(一个用于3D打印机的开源设计集合),他找到了Jessica Rosenkrantz和Jesse Louis-Rosenberg,这是设计公司Nervous System的创始人。通常,他们制作珠宝,灯,拼图或其他物品-而不是器官-但他们受科学启发的设计已经类似于米勒寻找的结构类型。“我们从来没有想过我们会有机会把那个背和设计活组织,”索恩罗森克兰兹说。

  这些小组携手合作,其中还包括华盛顿大学的凯利·史蒂文斯(Kelly Stevens)的生物工程小组。上周,他们的努力成果登上了《科学》杂志的封面,当时他们宣布创建3D打印的小肺动脉,模仿具有风管和血管的结构。他们创建的结构必须足够灵活才能充当器官,因此工程师使用了一种技术,其中合成材料会根据光线从液体变成固体。为了防止结构变得过于僵硬,他们在需要的地方使用食用染料来阻挡光线,并仅形成非常薄的固体层以形成灵活的整体结构。他们的原理验证研究表明,用3D打印的水凝胶模型足够坚固,可以承受真实肺部发生的那种运动。印刷的结构仅代表肺的一小部分,仅是一个肺泡亚基,不超过一分钱。这些类型的交织网络不仅存在于肺部,而且还存在于其他器官中。该小组研究的另一部分涉及为小鼠创建3D打印的肝脏。他们使用相同的水凝胶印刷方法创建了一个带有血管的支架,可以在其周围生长肝细胞。将这些结构移植到具有肝损伤的小鼠体内后,打印3D的器官能够在两周后恢复肝功能。

  距人类移植尚需时日的功能齐全的3D印刷肺或肝脏尚需时日,但为了帮助该领域发展,Miller和他的同事确保他们迄今为止为这项研究创建的所有水凝胶设计文件都是开源的。这意味着从事3D打印器官的任何其他小组都可以在自己的工作中使用他们的软件。距离器官捐赠候补名单上成千上万的人可用的3D打印器官还有很长的路要走,但是通过共享材料并与艺术家合作,这些生物工程师使我们又迈进了一步。


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