美国开发出一款生物打印机

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器官移植可以拯救很多人的生命，但这项技术也存在困难和弊端，比如：器官来源不足、排异反应难以避免等。如今，随着美国生物技术公司Organovo开发出的一款生物打印机，这款打印机可以利用患者自身细胞“打印”静脉，那么可能刚刚提到的困难和弊端也就能迎刃而解。进行更大胆的想象，或许，有朝一日医生可以“按需打印”活体器官，包括血管和完整的器官。# y. x, X# n( h; W( e9 b
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。  Q/ Y' u0 W4 R
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。) |7 J% T* c, o* C) m8 y9 F
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。
, q! w  |9 s# E- n. L2 n( R生物反应器
( B* G8 M& \7 Q; ?% Y% |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0 O/ V0 k6 R- `: V9 g- g/ E
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。
+ i( R% K, `* U; [干细胞
1 U% ^2 f: }% V) e: v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。+ W- `* @: m! X$ M
水凝胶支架
2 j5 `* R8 ^3 }! q; @' C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。
3 ]  s3 ^4 W9 D' F6 }0 K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。
; N$ l+ R% u) V" x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)。
8 S0 n$ v, n: t) h, G9 a血管的水凝胶模具
- ~* L6 K1 @/ c& u/ B) r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。>>1 {$ B) k7 J$ `* `& L
长进静脉中# ?/ E$ b' X" ~* y4 d
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。! k  R) `& }% W0 u7 X
经过特殊处理2 s; H8 s2 p4 o  u* x5 J5 d
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。- X! J/ p# u2 x! S* X- F
打印静脉成品0 \1 M* Y: _& K, L0 _
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。/ ]0 y' r$ _4 J# K
《连线》杂志报道