3D ”生物打印“ 如何创造微型器官

来自英国国立卫生研究院大奥蒙德街儿童医院生物医学研究中心（GOSH和UCL合作项目）以及意大利帕多瓦大学的科学家们首次展示了如何在水凝胶中实现3D打印“微型器官” - 控制其形状、功能，甚至强制让组织生长到“模具”中。

这一技术可以帮助研究人员更准确地研究细胞和器官，创建器官和疾病的逼真模型，甚至更好地理解癌症如何在不同组织间传播。

扎耶德研究中心 {大奥蒙德街医院 (GOSH)、GOSH 慈善机构和伦敦大学学院大奥蒙德街儿童健康研究所 (UCL GOS ICH) 之间的合作伙伴关系} 的一个特别有前景的研究领域是类器官科学——创建胃、肠和肺等器官的微型版本。但这种组织几乎总是以不受控制的方式生长，并不能真实地再现自然器官的复杂结构。这一点尤其重要，因为器官的形状和结构与其细胞组成一样重要——例如在胃、肺和心脏中。

这项新研究展示了科学家如何在预先存在的凝胶中创建坚固的结构，通过使用高规格显微镜的光线引导在凝胶中生长的类器官长成特定结构。这意味着生长中的微型器官或整个类器官中的任何细胞都将按照特定和精确的方式生长。

这篇发表在《自然通讯》杂志上的论文展示了该团队希望重现和研究当器官在生长不正常时，器官功能会发生什么变化 - 例如在怀孕早期出现的畸形或异常。

团队希望这项研究将创建更好的疾病模型，从而使他们的研究更有依据可靠，结果质量更高，并有望将动物研究的需求逐渐减少。这项工作还可能通过在活体器官中提供生物学上的精准“修补”来实现治疗。

看到这些精确的结构在我们对聚合物凝胶进行微小调整后开始形成时，真是令人惊奇。我们对这项技术能够更好地理解人类疾病，以及未来的应用治疗感到非常兴奋。.

Giovanni Giobbe医生，伦敦大学学院大奥蒙德街儿童健康研究所（UCL GOS ICH）的研究合著作者

这项工作是生物医学研究中多学科方法进展的一个典范。能够在实验室中复制器官模型，并开发帮助科学家在实验台上再现健康和疾病组织和器官复杂性的技术，将是转化医学未来发展的开端。

帕多瓦大学的Anna Urciuolo医生，儿童研究所的神经肌肉工程实验室负责人

有序细胞

为了研究被称为神经元的微小脑细胞，传统的类器官研究会创建无序的神经元束，这些元束无法被分离和研究。这项技术使团队为神经元创建硬化凝胶“轨道”，供其生长，就像奥林匹克泳池的泳道一样

该图显示了脊髓细胞（绿色）如何在有（i）和没有（ii）3D打印聚合物（蓝色）“轨道”的情况下生长。

定义形状

为了创建形状与“真实”发育中肠道相同的微小肠道，团队创建了复杂的水凝胶模具，将器官样品引导到模仿发育中肠道“隐窝”和“绒毛”的结构中

创建分支

科学家们能够设计出水凝胶上形成的图案，以促进肺细胞形成分支，就像它们在“真实”的肺中一样。

这些图片展示了通过在生长中的微型肺旁引入聚合物“支柱”，可以促使细胞形成分支。

癌症的传播

为了研究癌症如何在不同硬度和密度的组织中传播，研究小组在癌细胞周围创建了硬化凝胶笼，并监测了癌细胞在不同环境密度下的运动变化 - 这对于理解癌症的传播非常重要。

这项工作是一个很好的例子，展示了我们如何将跨学科的国际团队汇聚在一起，以改进我们的研究并造福患者。在英国专门从事类器官研究的GOSH和UCL团队，与意大利专门从事凝胶打印设计和应用的团队合作，让这项令人难以置信且美丽的研究得以实现。这将对实验室研究产生影响，以提升我们对疾病的理解，同时还可能为医院患者使用并进行治疗。

Paolo De Coppi教授，GOSH儿科外科医生，伦敦大学学院大奥蒙德街儿童健康研究所的儿科外科教授；

英国国立卫生研究院大奥蒙德街儿童医院生物医学研究中心-组织工程与再生医学主题的合作负责人。

这项工作的下一步是研究这些受控、成型和定向的微型器官，以更好地了解它们如何模仿人体内真实的器官和体内条件。
 

该研究得到了帕多瓦大学2017年STARS-WiC资助、Progetti di Eccellenza CaRiPaRo资助、帕多瓦大学TWINING资助、Oak基金会奖、AFM Telethon资助、意大利威尼托区“Consorzio per la Ricerca Sanitaria” (CORIS) 资助（LifeLab项目）、欧洲研究委员会（ERC，ReprOids项目，帕多瓦大学2017年STARS启动资助和IRP整合资助.，英国国立卫生研究院大奥蒙德街儿童医院生物医学研究中心（NIHR GOSH BRC）和GOSH慈善机构的共同资助