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加州大學圣地亞哥分校的生物工程師開發了一種易于使用的3D生物打印技術，用天然材料制作逼真的器官組織模型。作為概念驗證，加州大學圣地亞哥分校的3D打印血管網絡能夠將乳腺癌腫瘤保持在體外，并且是血管化人體腸道的模型。

（L-R）：生物工程研究生Michael Hu和本科生Xin Yi（Linda）Lei使用他們團隊的新3D生物打印技術構建血管化腸道模型。 

研究人員表示，目標不是制造可以植入體內的人造器官，而是制造易于生長的人體器官模型，可以在體外研究或用于藥物篩選。

“我們希望讓日常科學家更容易 - 他們可能沒有其他3D打印技術所需的專業化 - 制作他們正在研究的任何人體組織的3D模型，”第一作者，生物工程博士生Michael Hu說。他是加州大學圣地亞哥分校雅各布工程學院的學生。 “模型將比標準的2D或3D細胞培養更先進，并且在測試新藥時與人類更相關，目前在動物模型上進行。”

為了建立一個活的血管網絡，研究人員首先使用Autodesk數字化設計一個支架。研究人員使用商用3D打印機，用稱為聚乙烯醇的水溶性材料打印腳手架。然后，他們將厚厚的涂層 - 由天然材料制成 - 倒在支架上，讓它固化，然后將支架材料沖洗到內部以形成中空血管通道。接下來，他們用內皮細胞覆蓋通道內部，內皮細胞是排列在血管內部的細胞。最后一步是使細胞培養基流過血管以保持細胞存活和生長。

血管由體內發現的天然物質制成，如纖維蛋白原（一種在血凝塊中發現的化合物）和基質，一種可商購的實際哺乳動物細胞外基質形式。

然而，發現合適的材料是最大的挑戰之一，該研究的共同作者、生物工程本科生辛毅（琳達）雷表示。 “我們想要使用天然材料而不是合成材料，因此我們可以盡可能地制作與身體內部物品盡可能接近的材料。他們還需要能夠使用我們的3D打印方法。”

Ami Dailamy是馬里實驗室的生物工程研究生，他設計了一個3D打印支架

在一組實驗中，研究人員使用打印的血管來保持乳腺癌腫瘤組織在體外存活。 “我們的希望是，可以運用我們的系統制作可用于測試體外抗癌藥物的腫瘤模型，”胡說。他們從小鼠中提取腫瘤碎片，然后將一些碎片嵌入打印的血管網絡中。其他部分保存在標準3D細胞培養物中。三周后，封裝在血管印跡中的腫瘤組織保持活著。與此同時，那些處于標準3D細胞培養中的細胞大部分已經死亡。

在另一組實驗中，研究人員創建了血管化腸道模型。該結構由兩個通道組成。一個是直腸管，內襯腸上皮細胞以模仿腸道；另一個是血管通道（內襯細胞），在腸道周圍盤旋。目的是重建一個被血管網絡包圍的腸道。然后給每個通道提供針對其細胞優化的培養基。在兩周內，這些頻道開始呈現更逼真的形態。例如，腸道已經開始發芽絨毛，絨毛是腸壁內側的微小指狀突起。

“通過這種策略，我們可以開始在離體環境中制造復雜、長壽的系統。未來，這可能取代動物用于制造這些系統，這就是正在做的事情，”馬里說。

“這是一個概念證明，表明我們可以將不同類型的細胞組織在一起，如果我們想要在體內模擬多器官相互作用，這很重要。在一個打印品中，我們可以創建兩個不同的局部環境，每個環境保持不同活著的細胞類型，并放在一起足夠接近，以便它們可以相互作用，“胡說。

該研究最近發表在Advanced Healthcare Materials上，未來的工作將集中在優化打印血管和開發更接近模仿體內血管化腫瘤模型。