近日，《科學》雜志刊登了一篇具有里程碑意義的重磅論文。由美國萊斯大學（Rice University）與華盛頓大學（University of Washington）主導的一項研究克服了“3D打印器官”的一大障礙，有望為器官移植格局帶來革命性的變化。憑借其重要性，該研究也榮登本期《科學》雜志封面。

圖中展示的是一個由水凝膠3D打印而成，模擬肺功能的氣囊。它能夠像肺部一樣，朝周圍的血管輸送氧氣。這一看似簡單的功能，卻曾是“3D打印器官”難以逾越的天塹。

“在制造具有功能的組織替代品時，我們面臨的一大攔路虎就是無法打印那些為組織輸送營養的血管，”本研究的通訊作者之一Jordan Miller教授說道：“此外，人體內的器官還有獨立的管道系統，比如肺部同時擁有氣道和血管，肝臟則同時擁有膽管和血管。這些互相交織的管道網絡在生理和生化上相互聯系，其結構與其組織功能息息相關。”如何在3D打印器官的過程中兼顧多種不同的管道系統，便成為了科學家們的研究重點。

▲整個打印的“肺部”還沒有一枚硬幣大

具有功能性血管內拓撲結構的整體水凝膠（Monolithic hydrogels）

順便說一個有趣的插曲。為了讓凝膠能夠有效吸收藍光，方便固化，研究人員們嘗試了多種方法。最終，他們的選擇是一種食用色素……這來自于一名研究生的腦洞。

▲從設計到打印的全過程

在多種模型里，研究人員們驗證了這一3D打印系統的可行性。他們發現，這一打印的“血管結構”本身具有足夠的硬度，不會因為血液流動而破裂。此外，它也能承受對吸氣和呼氣的模擬。在測試中，研究人員們欣喜地發現，當紅細胞從這一系統打印出的“血管”中流過時，能夠有效從呼吸的“肺部”中獲取氧氣，這與肺泡附近的氧氣交換如出一轍。

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具有功能性血管內拓撲結構的整體水凝膠（Monolithic hydrogels）

▲未來，更復雜的結構有望得到應用

“由于現有的瓶頸，組織工程在我們這一代人里進展甚微，”本研究的另一名通訊作者Kelly Stevens教授說道：“這項工作能讓我們更好地了解，如果打印的組織能像健康組織一樣‘呼吸’，它們在功能上是否也會更接近健康組織。這是一個重要的問題。生物打印的組織能多有效，直接影響了它能否成功成為一種療法。”

《科學》雜志的專文介紹中，直接將打印出的迷你器官稱為“小型奇跡”。為了便于全球各地的科學家們使用這一技術，研究人員們決定將這一研究“開源”。他們期待，在這一技術的幫助下，人們能對3D打印器官產生更多理解，最終促進“人造器官”的加速上市，造福廣大需要器官移植的患者。

源自：學術經緯、Science 全文下載//science.sciencemag.org/content/sci/364/6439/458.full.pdf