清華新聞網(wǎng)8月31日電 人體內(nèi)腔道覆蓋消化道、呼吸道、生殖道、尿路等多個(gè)豐富系統(tǒng)，由于病變、遺傳等原因，這些內(nèi)腔道組織可能出現(xiàn)損傷或者發(fā)育不全，需要進(jìn)行手術(shù)干預(yù)，其中結(jié)合內(nèi)鏡技術(shù)的體內(nèi)原位修復(fù)是一種理想的治療方式，但一直缺乏有效手段。
比如，消化道中胃壁損傷是常見(jiàn)的消化道疾病，根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，全球約有12%的人患有不同程度的胃壁損傷。對(duì)于該疾病，現(xiàn)有的治療方案包括保守藥物治療、外科手術(shù)治療等，這些手段均存在一定局限性。原位生物打印技術(shù)，是指將生物細(xì)胞直接遞送至損傷部位進(jìn)行組織修復(fù)的一項(xiàng)技術(shù)，為治療該疾病提供了一種潛在的方案。但現(xiàn)有的生物打印設(shè)備體積較大，目前開(kāi)展的原位生物打印僅能針對(duì)淺表組織如皮膚進(jìn)行修復(fù)。
清華大學(xué)機(jī)械工程系生物制造中心徐弢教授課題組率先提出了體內(nèi)原位生物打印的概念，并通過(guò)微型打印機(jī)器人+內(nèi)窺鏡的方式驗(yàn)證了該概念的可行性，向治療胃壁損傷邁出了第一步，在《生物制造》（Biofabrication）上發(fā)表了題為“面向體內(nèi)原位打印的初步工程化探索：針對(duì)胃部創(chuàng)傷原位打印的一種新型的微型打印平臺(tái)”（Preliminary engineering for in situ in vivo bioprinting: a novel micro bioprinting platform for in situ in vivo bioprinting at a gastric wound site）的文章。
圖1 體內(nèi)原位打印示意圖，以治療胃壁損傷為例
基于清華大學(xué)機(jī)械工程系在生物制造、微型機(jī)器人、3D打印等交叉領(lǐng)域的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)和研究積淀，在這項(xiàng)研究中，博士生趙文祥在徐弢教授指導(dǎo)下開(kāi)發(fā)出一種可以安裝到內(nèi)窺鏡上的微型生物打印平臺(tái)。該打印平臺(tái)具有Delta構(gòu)型，利用PC-MEMS技術(shù)實(shí)現(xiàn)微型化，具有體積小、響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)。打印平臺(tái)通過(guò)內(nèi)窺鏡進(jìn)入人體，并在到達(dá)損傷部位后開(kāi)展組織修復(fù)，實(shí)現(xiàn)體內(nèi)的原位打印。為模擬胃的解剖結(jié)構(gòu)，以人胃上皮細(xì)胞和人胃平滑肌細(xì)胞作為生物墨水，在胃模型中打印出分層的組織支架。后續(xù)細(xì)胞培養(yǎng)結(jié)果表明，打印后的細(xì)胞在組織支架中保持較高的存活率和穩(wěn)定的增殖能力，具有良好的生物學(xué)功能。
圖2 體內(nèi)原位打印設(shè)備 （A）（B）（C）在胃模型中開(kāi)展原位打印
（D）（E）為打印的組織支架
圖3 打印后的細(xì)胞具有良好的生物學(xué)活性 （A）細(xì)胞隨時(shí)間穩(wěn)定增殖 （B）細(xì)胞具有高成活率 （C）胃上皮細(xì)胞和胃平滑肌細(xì)胞在組織支架中明顯分層
這項(xiàng)工作不僅在生物打印領(lǐng)域，而且在臨床治療的方法上都展現(xiàn)了創(chuàng)新性的進(jìn)步。該技術(shù)目前引起了包括《每日科學(xué)》（Science Daily）等數(shù)十家國(guó)內(nèi)外媒體報(bào)道，同時(shí)，來(lái)自北京協(xié)和醫(yī)院、成都華西醫(yī)院、廣州婦幼兒童中心的多位臨床外科大夫在第一時(shí)間了解到該技術(shù)，并對(duì)其創(chuàng)新性進(jìn)行了充分肯定。
論文第一作者是機(jī)械工程系生物制造實(shí)驗(yàn)室博士生趙文祥，通訊作者為徐弢教授。
這項(xiàng)研究已經(jīng)證實(shí)了體內(nèi)原位打印概念的可行性。未來(lái)，通過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化生物打印平臺(tái)的性能、開(kāi)發(fā)適配體內(nèi)特殊環(huán)境的生物墨水、開(kāi)展層次豐富的生物功能驗(yàn)證，將極大促進(jìn)該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展。
論文鏈接：
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1758-5090/aba4ff
供稿：機(jī)械工程系
編輯：李華山
審核：程曦
