陈根:3D打印生物器,成功跟踪大脑类器官

文/陈根

随着医学的发展,“类器官”这一概念逐渐走入人们的视野。简单来说,“类器官”,就是从人体内取出细胞,放在培养皿中,培养出的与人类器官高度类似的生物系统

类器官的培育不仅有利于更好地治愈疾病,更有助于深入观察人体的变化、检验药物的功能以及发展实验层面的再生治疗法。近些年,类器官的发展一直备受关注。

虽然培育类器官的设备已经存在,但为了避免空气中微生物的污染,一般情况下,培养皿是封闭的,无法添加氨基酸、维生素、盐和葡萄糖等营养物质给细胞,也不能清除细胞产生的废物,因此,这些细胞往往在几天内就会死亡。

为了解决这个问题,科学家尝试过添加一些细小的管道来向细胞组织输送营养物质,由于培养器皿是不透明的,所以就算细胞得以存活也没有办法实时观察到细胞的成长发育情况

为此,来自麻省理工学院和印度理工学院的科学家们利用3D打印技术创建一个可重复使用且易于调整的“微流控生物反应器”,其不仅能够提供细胞生长的营养介质,还能实时观察细胞成长发育的情况。

陈根:3D打印生物器,成功跟踪大脑类器官

通过微流控生物反应器研究人员用显微镜观察了成长中的大脑器官体,并能成功地跟踪它们的生长和发育7天。在这一周的时间里,在3D打印装置中,器官体核心的细胞死亡的比例比在常规培养条件下要小。研究人员认为,他们的细胞设计保护了正在成长的微小大脑。

值得一提的是,该反应器是一个4 × 6厘米的芯片,制造成本仅约五美元,由牙科手术中一种生物相容性树脂结合3D技术打印而成。此外,该芯片可以用蒸馏水清洗和高压灭菌,因此可以重复使用。

另外,该芯片集生长平台、微型管道、药物注射通道以及液体加热室为一体,通过封闭培养箱中的管道控制补充液体和废物提取的同时还提供充分的可视性。并且,与常规的细胞培养器相比,这种微流控装置更接近于生理组织灌注,更有利于培养室营养物质的持续供给,从而减少了类器官核心细胞的死亡情况。

该反应器对类器官的培育有重要意义,目前,相关理论成果已发表在美国物理联合会杂志《生物微流体》上。

2021-04-08

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