英国科学家研制出人类胚胎干细胞3D打印系统

2013-02-05 14:34 · wenmingw

生物打印研究取得了新的进展。英国科学家开发了一种新的3D生物打印系统,该系统可以利用人类胚胎干细胞进行打印,在这个过程中,这些干细胞能够保持它们分化为不同类型细胞的能力。

在3D打印方面似乎每周都一些新的突破性进展。利用3D打印大到可以制造国际空间站的零部件,小到我们餐盘中的牛肉,甚至是我们身体中的器官。器官打印虽然看起来很不可思议,但是最近一个科研小组报告称,他们在利用人类胚胎干细胞进行3D打印研究中取得了突破性的进展。

通过结合类似人工支架的结构和动物细胞,研究人员在过去已经能够制造出工程组织样本。在将人类胚胎干细胞分散至培养基方面,3D打印机具有一些优势。尤其是,相比手工操作, 3D打印机在分散细胞时更加均匀,且成本低、速度快、易于操作。对于要声场特定类型细胞的研究者将来说,细胞的这种均匀性非常重要。

由于人类胚胎干细胞在过去已经被证实过于脆弱而无法用于“打印”,英国赫瑞-瓦特大学(Scotland's Heriot-Watt University)及干细胞技术公司Roslin Cellab的科学家们开发出了一种新的技术,利用该技术他们对大小均匀、包含活细胞的细胞液滴进行沉积,在这个过程中,这些干细胞能够保持它们分化为不同类型细胞的能力。

在3D打印过程中,通常是利用类似喷墨打印的喷嘴将树脂或聚合物薄层一层层进行沉积,并自然或通过激光烧结进行硬化形成特定结构。而所谓的“生物打印”则是利用细胞(而非塑料)来生产器官结构。但是,这一技术会损伤打印所用的细胞,因此赫瑞-瓦特大学和Roslin Cellab的科学家开发了一种新的打印系统,由气压驱动,并由气阀的闭合来控制。通过控制气阀的孔径、进气气压或阀的开启时间,科学家们可以精确地控制细胞分布的量。

3D细胞打印系统

在过去,其他的研究者已经利用小鼠胚胎干细胞甚至是某些类型人类干细胞进行了“生物打印”。人类胚胎干细胞对物理操作非常敏感,不过相比其他的人类干细胞,人类胚胎干细胞可以用于生产更多特定类型的细胞。此外,相比那些由小鼠细胞生产的组织,人类干细胞形成的各种组织可以产生更好的人类生物学模型。

利用胚胎干细胞一直是一个颇具争议的事情,尤其是在美国。在上个月,美国最高法院表示拒绝审理有关美国国立卫生研究院(NIH)支持人类胚胎干细胞研究的经费合法性的问题。这意味着研究人员可以继续利用195种人类胚胎干细胞系开展研究。

不过,尽管苏格兰的科学家取得了新的进展,3D打印器官要成为现实还有数十年时间。和科学家们在实验室已经成功造出的皮肤或肌肉组织不一样,注入肝脏、肾脏以及心脏这类器官具有复杂的管道结构。美国宾夕法尼亚大学组织微制造实验室、威克森林再生医学研究所以及其他的研究机构的科学家正在开发可造出具有功能的血管的生物工程方法,期望将来有一天能将这样的血管用于3D器官打印。

利用胚胎干细胞进行3D打印一个更加直接的好处就是能够制造组织样本,用于实际的药物成分人体毒性测试,无需再预先进行动物试验了。