微砌体技术:巧用“生物积木”搭建“人工器官”

2010-05-31 20:37:10来源: 互联网

      据麻省理工学院新闻报道,生物组织工程师们创造出一种组装人造组织的新方法:利用‘生物积木’——细胞砖块进行堆砌,搭建人工器官构架。

  长久以来,生物组织工程学一直誓言要打造出新器官,以取代坏损肝脏、血管和其他身体部件。然而,如何使得细胞在实验室培养皿中长成三维形状而不是平层成为一个主要障碍。麻省理工学院—哈佛大学健康科学与技术系(HST)的研究人员已经提出了一个新方法来克服这一挑战:将活体细胞封装在立方体内然后布置成三维结构,就像孩子用积木搭建房屋那样。

  这项被称为“微砌体(micromasonry)”的新技术采用一种类似混凝土的凝胶样物质,使得细胞随着它固化一同成为“砖块”。研究相关描述由HST助理教授阿里·科海德姆豪斯尼及HST前博士后哈维尔·戈麦斯·费尔南德斯上周发表于在线杂志《先进材料》上。

  这种微细胞砖具备打造人工组织或其他类型医疗设备的潜力,珍妮弗·埃丽塞弗说道,她是约翰霍普金斯大学生物医学工程副教授,并未参与此项研究。她说:“这些微细胞砖体非常精致优雅,并且具备可以随意打造的灵活性,它极具创意。”

可控制结构

  要获得组织工程中的单个细胞,研究人员必须首先打破组织,采用酶来消化分解使细胞结合在一处的细胞外物质。然而,一旦细胞脱离了束缚,就很难将它们组装到模拟自然组织的微结构体系中。

  一些科学家已经成功地打造出诸如皮肤、软骨或膀胱之类附着在可降解泡沫支架上的简单组织。“它们可用,但往往缺乏可控制的微结构体系,”科海德姆豪斯尼说道,他还兼任布里格姆妇女医院助理教授。“你得不到跟正常组织同样复杂的人造组织。”

  HST研究人员将细胞封装在具备诸多医学应用的聚合物聚乙二醇(PEG)中,打造出“生物积木”。他们采用的是液态形式、光照下变为凝胶的聚合物,所以当涂敷聚乙二醇的细胞见光时,聚合物固化并将细胞包裹在其中,形成边长100到500微米的立方体。一旦细胞形成立方体形式,就可以用模板将其布置成特定形状,模板由聚合物硅橡胶(PDMS)制成,该材料在多种医疗设备中均有应用。模板和细胞立方体一起再次涂敷聚乙二醇,随着聚合物自身牢牢附着在模板表面,它就像胶水一样将细胞立方体粘和在一起。

  待细胞立方体布置妥当,它们再次见光,液态聚合物偕同立方体一起固化。模板被撤除后,细胞立方体就组成了新的结构。用此方法,戈麦斯·费尔南德斯和科海德姆豪斯尼造出了可实现毛细血管功能的管状组织,或有助于克服人造器官工程最持久的问题之一,即缺乏及时的血液供应。”如果你建造一个器官,而无法提供营养物质,那么它会死去,”现为哈佛大学博士后研究员的戈麦斯·费尔南德斯说道。他们希望自己的工作成果也能引领制造人工肝脏或心脏组织的新方法。

  其他研究人员已经开发出一种被称为 ‘器官印制’的技术,可以创建出复杂的三维组织但整个过程需要一种尚未得到广泛应用的机器人设备。我们这项新技术则不需要任何特殊设备。“你可以在任何一间实验室复制应用该技术,”戈麦斯·费尔南德斯说道。“它十分简单。”

  要使得这些人造组织得以临床应用, “短期内的下一步就是要关注不同细胞类型和组织生长的可行性,”埃丽塞弗说道。研究人员目前正在这样做,而且他们还探索了不同聚合物的应用,用以替代聚乙二醇并对细胞定位提供更多的控制。

关键字:医疗设备  生物积木  人工器官  细胞

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/medical_electronics/2010/0531/article_1236.html
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