2024年9月20日，據(jù)資源庫了解，哈佛大學Wyss研究所的科學家們開發(fā)出了一種突破性的3D打印技術，能夠復制人體復雜的血管系統(tǒng)，該研究成果已發(fā)表在《先進材料》雜志上。

此次研究是與約翰·A·保爾森工程與應用科學學院（SEAS）聯(lián)合完成的，雙方合作的成果有望在再生醫(yī)學、藥物開發(fā)等領域帶來重大進展。

同軸SWIFT技術：突破血管打印的新方法

這項全新的3D打印技術被命名為“同軸SWIFT”（co-SWIFT），其核心功能是生成嵌入人體心臟組織中的血管網(wǎng)絡。與天然血管類似，這些3D打印的血管擁有中空的“核心”，外層由平滑肌和內皮細胞構成，完美模擬了人體血管的多層結構。

這項技術基于2019年開發(fā)的SWIFT生物打印技術，后者曾取得突破性進展，使科學家能夠在充滿活細胞的基質中打印空心通道。雖然SWIFT技術能夠創(chuàng)建基礎的血管通道，允許液體流動，但這些通道僅是簡單的空腔，缺乏真實血管的多層結構，無法有效承受血流的壓力。co-SWIFT在此基礎上更進一步，打印出的血管不僅擁有空心通道，還添加了多層組織結構，極大增強了血管的強度和功能，能夠承受血流壓力，表現(xiàn)得更像天然血管。

創(chuàng)新co-SWIFT技術的工作原理：雙通道

此次研究的第一作者、SEAS研究生保羅·斯坦基介紹說，團隊的創(chuàng)新之處在于“核心-殼”式的噴嘴設計。這個噴嘴包含兩個流體通道：一個用于噴射由膠原蛋白組成的“外殼”材料，另一個用于噴射由明膠組成的“核心”材料。這種設計不僅能夠打印出復雜的分支血管結構，還能確保血管具備足夠的強度來承受血液流動的壓力。

為了驗證co-SWIFT打印血管的功能，研究團隊選擇了與人體肌肉組織相似的膠原蛋白材料。在打印完成后，團隊通過融化明膠核心，留下了空心的血流通道。隨后，他們在外殼上附加了平滑肌細胞，并在內壁添加了內皮細胞，使得打印的血管具備與天然血管類似的生物功能。經(jīng)過為期七天的測試，這些血管壁依然保持堅固，內皮細胞的存在降低了血管的滲透性，顯示出其良好的功能表現(xiàn)。

實驗室中的跳動心臟，一切“反應良好”

研究團隊還進一步將co-SWIFT技術應用于活體心臟組織的打印。他們首先通過人體心臟細胞構建了名為心臟器官構建塊（OBB）的小型細胞簇，并將這些細胞壓縮成致密的固體結構。該結構類似于人體器官中的細胞排列方式，創(chuàng)造了一個更真實的實驗環(huán)境。在此基礎上，研究人員利用co-SWIFT技術在這些活體細胞基質中成功打印出血管網(wǎng)絡。

在移除明膠核心并向血管灌注內皮細胞后，研究人員進行了為期五天的模擬血液灌注實驗。實驗結果顯示，心臟組織“反應良好”，并表現(xiàn)出同步跳動的現(xiàn)象，表明這些組織處于健康且功能正常的狀態(tài)。

值得一提的是，研究團隊還通過患者的真實數(shù)據(jù)，成功3D打印出了左冠狀動脈的血管模型。盡管距離實驗室培育出可移植的器官還有一段距離，但此次研究成果無疑是朝著這一目標邁出的重要一步。這項技術的潛在應用不僅局限于器官移植，復制復雜的血管系統(tǒng)還為藥物開發(fā)、疾病建模以及再生醫(yī)學帶來了新的可能性。

目前，研究團隊正致力于進一步推動co-SWIFT技術的發(fā)展，特別是在提升打印血管網(wǎng)絡的復雜性以及改善其與活體組織的整合方面。

2024年9月20日，據(jù)資源庫了解，哈佛大學Wyss研究所的科學家們開發(fā)出了一種突破性的3D打印技術，能夠復制人體復雜的血管系統(tǒng)，該研究成果已發(fā)表在《先進材料》雜志上。

此次研究是與約翰·A·保爾森工程與應用科學學院（SEAS）聯(lián)合完成的，雙方合作的成果有望在再生醫(yī)學、藥物開發(fā)等領域帶來重大進展。

同軸SWIFT技術：突破血管打印的新方法

這項全新的3D打印技術被命名為“同軸SWIFT”（co-SWIFT），其核心功能是生成嵌入人體心臟組織中的血管網(wǎng)絡。與天然血管類似，這些3D打印的血管擁有中空的“核心”，外層由平滑肌和內皮細胞構成，完美模擬了人體血管的多層結構。

這項技術基于2019年開發(fā)的SWIFT生物打印技術，后者曾取得突破性進展，使科學家能夠在充滿活細胞的基質中打印空心通道。雖然SWIFT技術能夠創(chuàng)建基礎的血管通道，允許液體流動，但這些通道僅是簡單的空腔，缺乏真實血管的多層結構，無法有效承受血流的壓力。co-SWIFT在此基礎上更進一步，打印出的血管不僅擁有空心通道，還添加了多層組織結構，極大增強了血管的強度和功能，能夠承受血流壓力，表現(xiàn)得更像天然血管。

創(chuàng)新co-SWIFT技術的工作原理：雙通道

此次研究的第一作者、SEAS研究生保羅·斯坦基介紹說，團隊的創(chuàng)新之處在于“核心-殼”式的噴嘴設計。這個噴嘴包含兩個流體通道：一個用于噴射由膠原蛋白組成的“外殼”材料，另一個用于噴射由明膠組成的“核心”材料。這種設計不僅能夠打印出復雜的分支血管結構，還能確保血管具備足夠的強度來承受血液流動的壓力。

為了驗證co-SWIFT打印血管的功能，研究團隊選擇了與人體肌肉組織相似的膠原蛋白材料。在打印完成后，團隊通過融化明膠核心，留下了空心的血流通道。隨后，他們在外殼上附加了平滑肌細胞，并在內壁添加了內皮細胞，使得打印的血管具備與天然血管類似的生物功能。經(jīng)過為期七天的測試，這些血管壁依然保持堅固，內皮細胞的存在降低了血管的滲透性，顯示出其良好的功能表現(xiàn)。

實驗室中的跳動心臟，一切“反應良好”

研究團隊還進一步將co-SWIFT技術應用于活體心臟組織的打印。他們首先通過人體心臟細胞構建了名為心臟器官構建塊（OBB）的小型細胞簇，并將這些細胞壓縮成致密的固體結構。該結構類似于人體器官中的細胞排列方式，創(chuàng)造了一個更真實的實驗環(huán)境。在此基礎上，研究人員利用co-SWIFT技術在這些活體細胞基質中成功打印出血管網(wǎng)絡。

在移除明膠核心并向血管灌注內皮細胞后，研究人員進行了為期五天的模擬血液灌注實驗。實驗結果顯示，心臟組織“反應良好”，并表現(xiàn)出同步跳動的現(xiàn)象，表明這些組織處于健康且功能正常的狀態(tài)。

值得一提的是，研究團隊還通過患者的真實數(shù)據(jù)，成功3D打印出了左冠狀動脈的血管模型。盡管距離實驗室培育出可移植的器官還有一段距離，但此次研究成果無疑是朝著這一目標邁出的重要一步。這項技術的潛在應用不僅局限于器官移植，復制復雜的血管系統(tǒng)還為藥物開發(fā)、疾病建模以及再生醫(yī)學帶來了新的可能性。

目前，研究團隊正致力于進一步推動co-SWIFT技術的發(fā)展，特別是在提升打印血管網(wǎng)絡的復雜性以及改善其與活體組織的整合方面。