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ICH研究学家领导国际团队开发出不必开放手术就可替代缺失或受损组织的3D生物打印技术

06/24/2020
Research at GOSH

由伦敦大学学院大奥蒙德街儿童健康研究所(UCL GOS ICH)领导的一项先驱性国际研究发现,研究人员开发了一种光敏生物凝胶,可利用光治疗将健康的新组织直接打印在特定的组织和器官中,并维持细胞茁壮成长所需的血液供应。研究结果于今2020622日发表在《自然生物医学工程》杂志上。

在活体小鼠的肌肉中,光敏生物凝胶充当一种生物墨水,可以有效地打印支持肌肉纤维生成的3D结构。与大奥蒙德街儿童医院(GOSH)合作完成的本项新研究可以为器官修复和重建的微创外科技术铺平道路,进而可以消除患有复杂疾病的儿童对于器官移植的需求。

第一步,研究人员在液体凝胶中加载精心挑选的细胞,以符合所打印的组织类型。然后采用一个简单的注射器将生物凝胶注入人体所需的区域。一旦注射完成,研究团队就从身体外部将近红外光对准该区域。生物凝胶内部的聚合物在此波长的光作用下结合在一起,一层一层地打印(或固化)3D结构,并使细胞到达所需位置。在3D结构的支持下,细胞适应并连接到其新的周围环境,形成新的组织。 

本项技术最初在老鼠的皮肤和大脑中进行测试,研究团队的技术——3D打印或i3D生物打印-也成功地在老鼠的肌肉中进行了测试。本项技术可以在老鼠的肌肉中创造新的组织,而不会损坏周围的器官或组织。此外,本项技术不会在体内产生任何废物,并且具有携带健康供体细胞的潜力。对于自己的细胞不适合或无法帮助修复或重建受损或缺失组织的儿童患者,本项技术可能会改变其生活。 

研究项目负责人Nicola Elvassore教授(研究团队遍布ICH、意大利和中国的研究中心)表示:最近进行3D生物打印的尝试要求直接进入组织和空间来操纵3D生物打印笔,以控制组织的形成其形状和结构的方式。这意味着他们专注于身体更容易接近的部位,例如皮肤。令我们感到非常兴奋的是,本项技术在3D上似乎更具可控性,使我们能够对解剖部位进行精确的3D成像,并在不需大手术就难以进入的区域安全地打印新组织,例如脑。

ICH的访问研究助理和意大利的初级PI,第一作者Anna Urciuolo博士说:本项研究是一个令人兴奋且具有挑战性的项目,需要将新兴技术融合到多学科方法中。通过直接在活体动物模型体内进行3D生物打印,研究人员能够以空间受控的方式递送供体肌肉干细胞,从而增强其开发新肌肉组织的能力。” 

整个国际团队包括来自意大利帕多瓦大学和威尼托分子医学研究所的研究人员,已经成功地打印了皮肤、肌肉和脑组织内的凝胶。

在谈到医学意义时,作为合著者的大奥蒙德街儿童医院(GOSH)顾问专家医师和ICH外科教授Paolo De Coppi表示:这是修复受损组织的重要步骤,并提供了微创再生的可能性,将来可能会改变在GOSH治疗先天性畸形(例如脊柱裂和膈疝)的方式。” 教授还补充说:在可以对患者安全使用此技术之前,研究人员仍有大量工作要做,但研究结果非常令人鼓舞。

尽管本项技术仍处于临床前阶段,但这种组织工程学研究可能会为身体状况复杂的患者(尤其是器官受损的儿童)提供新的治疗标准。