为3D打印器官快速设计血管网络

一种能够为任何3D打印器官快速设计血管网络的计算模型，可能让我们离无需捐赠者即可移植人工肝脏、肾脏或心脏的目标更近一步。相关论文近日发表于《科学》。

计算模型设计的血管网络。图片来源：Andrew Brodhead

器官衰竭患者通常需要器官移植，但仅有10%的全球移植需求得到了满足。为填补这一缺口，科学家正研发在实验室中3D打印器官的方法。但这些器官需要血管网络维持活力，而现有设计血管网络的实验方法需耗时数天甚至数周。

为解决这一问题，美国斯坦福大学的Alison Marsden及团队构建了一种计算模型。该模型可基于描述人体内血管分支为更小血管的数学规律，为任意器官设计血管网络。

研究人员利用模型为一个由肾细胞3D打印而成的1厘米宽环形结构设计了包含25条血管的网络，整个过程仅用了几分钟。

随后，研究团队使用冷明胶颗粒将血管网络打印到环形结构中，再加热至37°使明胶融化，留下模拟血管的1毫米宽空心通道。研究人员持续向通道中泵入含氧气和营养物质的液体，以模拟正常血流。

一周后，该环形结构中的存活细胞数量约为没有植入血管的相同肾细胞环形结构的400倍，后者同样浸泡在类似血液的液体中。

“我们能让靠近血管的细胞存活。”Marsden说，但距离较远的细胞会死亡，因为目前尚无法打印包细小、分支更多的血管以向这些区域输送营养。该团队正在探索解决这一问题的方法。

“他们无疑在突破可能性的边界。”法国巴黎-萨克雷大学的Hugues Talbot说。这种方法或许有朝一日能让科学家在数小时内完成全尺寸器官的血管网络设计，而非数天或数周。“以这种方式设计的血管网络，未来可能用于替代或至少补充实验室培育的器官。”

研究人员首先需要开发将这些血管网络打印到大型器官中的方法。Marsden表示，如果进展顺利，他们希望在5年内在猪身上测试3D打印器官。