斯坦福大学的研究人员创建了一个计算平台，用于设计和3D打印生物打印器官所需的复杂血管网络。该系统于6月12日发表在《科学》杂志上，其生成类似人体血管结构的设计速度比以往方法快200倍。这一进展解决了组织工程学中的一个关键挑战：确保氧气和营养物质能够到达人工培育器官中的所有细胞。
图片来源：斯坦福/安德鲁·布罗德海德
该算法创建了模拟原生器官血管结构的血管树，同时融入了流体动力学模拟。“目前，生物打印组织的放大能力受限于为其生成血管系统的能力——如果不提供血液供应，就无法放大这些组织，”斯坦福大学工程与医学院教授、该研究的共同资深作者艾莉森·马斯登说道。一个包含一百万条血管的人体心脏血管系统的设计大约需要五个小时才能生成。
该团队利用3D生物打印机成功打印出一个包含500个分支的网络，并用人类胚胎肾细胞测试了一个更简单的版本。研究人员制作了一个装满细胞的厚环，并构建了一个由25条血管贯穿其中的网络，证明了打印的通道在营养物质和氧气输送时能够维持细胞的存活。
目前打印的结构是通道，而非包含肌肉和内皮细胞的完整血管。“这是迈向生成真正复杂血管网络的第一步，”博士后学者兼共同第一作者 Dominic Rütsche 说道。“我们可以打印出前所未有的复杂程度，但它们还不是完全的生理性血管。”
斯坦福团队已通过 SimVascular 开源项目开放了他们的软件。研究人员目前正致力于将这种血管打印技术与他们利用人类干细胞培养心脏细胞的进展相结合。“我们已经成功地利用人类干细胞生成了足够多的心脏细胞来打印整个人体心脏，现在我们可以设计出一个良好、复杂的血管树来为它们提供营养和生命，”生物工程助理教授兼共同资深作者 Mark Skylar-Scott 说道。
这项工作代表着在满足美国器官移植等候名单上超过 100,000 名患者的需求方面取得了进展，使用患者自身细胞创建的个性化器官可以减少等待时间和排斥风险，尽管在能够生产出具有完全功能的器官之前仍然存在重大挑战。
来源：news.stanford.edu
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