利用一臺(tái)3D打印機(jī)，科學(xué)家將這些小水滴組裝成一種與膠狀物類(lèi)似的物質(zhì)。
研究人員日前創(chuàng)造出一種水滴網(wǎng)絡(luò)，能夠模仿生物組織中的細(xì)胞的一些特性。利用一臺(tái)3D打印機(jī)，一個(gè)英國(guó)牛津大學(xué)的研究小組將這些小水滴組裝成為一種與膠狀物類(lèi)似的物質(zhì)，從而能夠像肌肉一樣彎曲，并能夠像神經(jīng)細(xì)胞束一樣傳輸電信號(hào)，這一成果將來(lái)有望應(yīng)用在醫(yī)療領(lǐng)域。
研究人員在4月5日出版的美國(guó)《科學(xué)》雜志上報(bào)告了這一研究成果。
研究人員說(shuō)，這樣打印出來(lái)的材料其質(zhì)地與大腦和脂肪組織相似，可做出類(lèi)似肌肉樣活動(dòng)的折疊動(dòng)作，且具備像神經(jīng)元那樣工作的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可用于修復(fù)或增強(qiáng)衰竭的器官。由于這是合成材料，因此它還可避免一些用干細(xì)胞等方式制造活體組織而引發(fā)的問(wèn)題。
這項(xiàng)研究的合作者、劍橋咨詢(xún)公司——這是一家技術(shù)轉(zhuǎn)移公司——的Gabriel Villar指出，這些網(wǎng)絡(luò)能夠包含多達(dá)35000個(gè)小水滴，從而有朝一日能夠成為一個(gè)合成人造組織或提供器官功能模型的平臺(tái)。他說(shuō)：“我們想要看看到底能夠把對(duì)活體組織的模仿做到一個(gè)什么樣的境界。”
這一網(wǎng)絡(luò)依賴(lài)于每個(gè)小水滴都擁有一個(gè)脂質(zhì)涂層，它是將液滴放入一個(gè)油與一種純脂的精調(diào)混合物中后形成的。
這種脂分子具有一個(gè)親水的前端——它能夠黏附在水滴的表面，以及一個(gè)憎水的末端——它能夠戳到油脂溶液。當(dāng)兩個(gè)具有脂質(zhì)涂層的小水滴碰到一起后，利用由憎水末端形成的“氈毯”，它們能夠彼此像維可牢一樣緊緊地粘在一起，從而形成一個(gè)雙層脂膜，這一點(diǎn)與細(xì)胞膜非常類(lèi)似。這種雙層脂膜從而在小水滴之間形成了一種結(jié)構(gòu)與功能。
盡管之前的研究已經(jīng)表明，具有脂質(zhì)涂層的小水滴能夠形成這樣的連接，但它們水汪汪的成分以及球形結(jié)構(gòu)使其非常難以組裝。“我已經(jīng)制造出了大量黏結(jié)在一起的小水滴，”并未參與此項(xiàng)研究的歐登塞市南丹麥大學(xué)的生物醫(yī)學(xué)工程師David Needham表示，“但是把它們打印出來(lái)真是一項(xiàng)成就。”
為了完成這項(xiàng)偉大的壯舉，當(dāng)時(shí)還是一名牛津大學(xué)黑根·貝利實(shí)驗(yàn)室研究生的Villar研制出一臺(tái)打印機(jī)，它能夠從一根玻璃噴嘴向一個(gè)裝滿(mǎn)了油脂混合物的5毫米深的容器中噴射小水滴。當(dāng)這些小水滴沉入容器底部后，它們便獲得了自己的脂質(zhì)涂層。目前這種打印機(jī)噴出的液滴直徑約50微米，有5個(gè)活體細(xì)胞那么大，但相信將來(lái)能夠?qū)⒁旱纬叽缈s小。
一個(gè)電動(dòng)平臺(tái)隨后非常輕微地移動(dòng)著這個(gè)容器，從而使下一個(gè)液滴恰好能夠跌落在上一個(gè)液滴的上面或旁邊，并zui終形成一個(gè)形狀看起來(lái)像圓球、立方體，甚至城堡和花朵的水滴網(wǎng)絡(luò)。
Villar隨后加入了第二根噴嘴，從而使得兩種類(lèi)型的液滴能夠同時(shí)被噴出。為了使網(wǎng)絡(luò)能夠彎曲，他將一層含鹽的液滴緊挨著低鹽的液滴打印出來(lái)。由于水能夠穿透雙層脂膜，從而使含鹽的液滴內(nèi)充滿(mǎn)了來(lái)自其鄰居的水，并zui終使整個(gè)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生彎曲。而為了給電流創(chuàng)造一條路徑，Villar打印了一種包含有可在雙層脂膜上打洞的毒素的液滴，zui終使電流得以通過(guò)。
美國(guó)南卡羅來(lái)納州克萊姆森大學(xué)的生物工程師Karen Burg認(rèn)為，這項(xiàng)技術(shù)依舊太過(guò)于初級(jí)，而無(wú)法用于臨床環(huán)境，或用于模擬真實(shí)器官中。他說(shuō)：“你可以長(zhǎng)久而熱烈地討論，這些給你帶來(lái)有用信息的東西是多么的復(fù)雜。”
“如果他們的想象力真的能夠變成組織，我認(rèn)為他們依然有很長(zhǎng)的路要走。”Needham說(shuō)，“但我認(rèn)為他們正在一條正確的道路上前進(jìn)。”
近年來(lái)，3D打印技術(shù)飛速發(fā)展，從工程到航天，從教育到醫(yī)療，應(yīng)用越來(lái)越廣泛。今年2月，美國(guó)康奈爾大學(xué)研究人員就曾報(bào)告說(shuō)，他們利用牛耳細(xì)胞通過(guò)3D打印機(jī)打印出人造耳朵。
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