生物積木造人工器官

日期：2010-05-21 15:40:40

據麻省理工學院新聞報道，生物組織工程師們創造出一種組裝人造組織的新方法：利用‘生物積木’——細胞磚塊進行堆砌，搭建人工器官構架。

長久以來，生物組織工程學一直誓言要打造出新器官，以取代壞損肝臟、血管和其他身體部件。然而，如何使得細胞在實驗室培養皿中長成三維形狀而不是平層成為一個主要障礙。麻省理工學院—哈佛大學健康科學與技術系（HST）的研究人員已經提出了一個新方法來克服這一挑戰：將活體細胞封裝在立方體內然后布置成三維結構，就像孩子用積木搭建房屋那樣。

這項被稱為“微砌體（micromasonry）”的新技術采用一種類似混凝土的凝膠樣物質，使得細胞隨著它固化一同成為“磚塊”。研究相關描述由HST助理教授阿里·科海德姆豪斯尼及HST前博士后哈維爾·戈麥斯·費爾南德斯上周發表于在線雜志《先進材料》上。

這種微細胞磚具備打造人工組織或其他類型醫療設備的潛力，珍妮弗·埃麗塞弗說道，她是約翰霍普金斯大學生物醫學工程副教授，并未參與此項研究。她說：“這些微細胞磚體非常精致優雅，并且具備可以隨意打造的靈活性，它極具創意。”

可控制結構

要獲得組織工程中的單個細胞，研究人員必須首先打破組織，采用酶來消化分解使細胞結合在一處的細胞外物質。然而，一旦細胞脫離了束縛，就很難將它們組裝到模擬自然組織的微結構體系中。

一些科學家已經成功地打造出諸如皮膚、軟骨或膀胱之類附著在可降解泡沫支架上的簡單組織。“它們可用，但往往缺乏可控制的微結構體系，”科海德姆豪斯尼說道，他還兼任布里格姆婦女醫院助理教授。“你得不到跟正常組織同樣復雜的人造組織。”

HST研究人員將細胞封裝在具備諸多醫學應用的聚合物聚乙二醇（PEG）中，打造出“生物積木”。他們采用的是液態形式、光照下變為凝膠的聚合物，所以當涂敷聚乙二醇的細胞見光時，聚合物固化并將細胞包裹在其中，形成邊長100到500微米的立方體。一旦細胞形成立方體形式，就可以用模板將其布置成特定形狀，模板由聚合物硅橡膠（PDMS）制成，該材料在多種醫療設備中均有應用。模板和細胞立方體一起再次涂敷聚乙二醇，隨著聚合物自身牢牢附著在模板表面，它就像膠水一樣將細胞立方體粘和在一起。

待細胞立方體布置妥當，它們再次見光，液態聚合物偕同立方體一起固化。模板被撤除后，細胞立方體就組成了新的結構。用此方法，戈麥斯·費爾南德斯和科海德姆豪斯尼造出了可實現毛細血管功能的管狀組織，或有助于克服人造器官工程最持久的問題之一，即缺乏及時的血液供應。”如果你建造一個器官，而無法提供營養物質，那么它會死去，”現為哈佛大學博士后研究員的戈麥斯·費爾南德斯說道。他們希望自己的工作成果也能引領制造人工肝臟或心臟組織的新方法。

其他研究人員已經開發出一種被稱為 ‘器官印制’的技術，可以創建出復雜的三維組織但整個過程需要一種尚未得到廣泛應用的機器人設備。我們這項新技術則不需要任何特殊設備。“你可以在任何一間實驗室復制應用該技術，”戈麥斯·費爾南德斯說道。“它十分簡單。”

要使得這些人造組織得以臨床應用， “短期內的下一步就是要關注不同細胞類型和組織生長的可行性，”埃麗塞弗說道。研究人員目前正在這樣做，而且他們還探索了不同聚合物的應用，用以替代聚乙二醇并對細胞定位提供更多的控制。