科学家在实验室里造“人造器官”时,总遇到一个头疼的问题,细胞没几天就死了。
不是技术不到位,而是缺了最关键的生命线:血管。
就像人没血液输送营养活不了一样,三维的人造组织里没有血管,内部细胞很快就会因为缺氧缺营养坏死。
这事卡了生物医学研究好多年,直到最近美国宾厄姆顿大学的团队拿出了新办法。
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他们在《生物医学材料》上发表了一项研究,用一种叫“静电纺丝”的技术,做出了直径1到10微米的超细微管。
这个尺寸有多小?人类头发直径都有 70 到 100 微米。
也就是说,一根头发丝里能塞下好几根这种微管。
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团队负责人王教授说,人体血管本来就是分层的。
有主动脉这种大血管,也有毛细血管这种细血管。
以前3D打印只能做粗血管,细血管得靠细胞自己长,效率太低。现在用微管就能直接搭好“毛细血管网”。
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这种技术,它是靠强电场把材料拉成超细纤维。
常用于做医用敷料、过滤材料等方面。
这次用来做血管支架还是挺巧妙的。
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而且团队没用复杂材料,就用了聚乙烯氧化物(PEO)和聚苯乙烯(PS)这两种生物医学里常用的惰性化合物。
安全又容易降解,不会对细胞造成伤害。
更贴心的是,他们还把长微管切成了短段。
这样分散在人造组织里,就能像毛细血管一样到处输送血液,不会因为管体太长堵塞。
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微管不只是“血管”
别以为这些微管只能当 “血管” 用,它的潜力还大着呢。
研究人员用荧光微珠模拟血液流动,发现微管能让营养和氧气均匀分布在人造组织里,细胞存活率一下子提高了不少。
接下来他们打算进一步研究,比如调整微管的粗细和形状,看看哪种结构最适合给不同组织供血。
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毕竟皮肤、肝脏、大脑的血管需求肯定不一样,不能用一套模板。
其中最让人期待的,是针对大脑的“血脑屏障”研究。
血脑屏障是大脑里保护神经细胞的特殊结构,普通药物很难穿透。
这也是脑瘤、阿尔茨海默病难治疗的原因之一。
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团队计划用微管,搭建出模拟血脑屏障的微血管结构。
到时候不仅能更真实地研究大脑疾病,还能测试新药能不能顺利穿过屏障。
不用再依赖动物实验,既精准又减少了动物伤害。
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周教授是团队里负责微管制备的,他之前就做过微观3D支架的研究。
这次把支架技术和血管需求结合,算是跨领域的创新。
他说,未来不仅能用人造血管组装单个器官,还能把多个器官连起来,做成“微型人体”系统。
比如把肝脏、肾脏、心脏的人造组织连在一起,模拟药物在人体内的代谢过程。
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这样测试新药时,就能更准确地知道药效和副作用。
比现在的动物实验或单一细胞实验靠谱多了。
我觉得这项研究最有意义的,是它解决了从0到1的问题。
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以前人造组织只能做薄薄一层,因为没有血管支撑。
现在有了微管,就能往更厚、更复杂的组织甚至器官发展。
说不定再过几年,我们真能在实验室里造出能用的人造皮肤、人造肝脏。
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也许到时候器官移植不用再等捐献,新药研发也能大大缩短时间。
而这一切的起点,不过是那些用电场纺出来的、比头发丝还细的微管。
不得不说,科学有时候就是从解决一个小问题开始,慢慢改变整个领域。