加利福尼亞大學(xué)舊金山分校的生物工程師正在使用3D細(xì)胞圖案技術(shù)(DNA-programmed assembly of cells，DPAC)將3D復(fù)雜的折疊形狀打印出活體組織。這項(xiàng)研究可以幫助科學(xué)家創(chuàng)造出復(fù)雜和功能性的合成組織。
3D打印技術(shù)已經(jīng)讓科學(xué)家從人類或動物細(xì)胞創(chuàng)造合成組織方面取得了長足的進(jìn)步。但即使是最先進(jìn)的生物打印機(jī)，也往往不能成功復(fù)制根據(jù)發(fā)育規(guī)劃生長的組織的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)特征。人體組織中的自然褶皺，例如，幫助我們發(fā)揮功能的許多彈性和皺紋部位，使用3D打印機(jī)不容易復(fù)制。
在舊金山加州大學(xué)進(jìn)行的新研究可能標(biāo)志著組織工程學(xué)的一個重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)，特別是那些難以復(fù)制的折疊結(jié)構(gòu)。大學(xué)的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，通過機(jī)械活動的小鼠或人類細(xì)胞(特別是間充質(zhì)細(xì)胞)對細(xì)胞外基質(zhì)纖維的薄層進(jìn)行構(gòu)圖，它們能夠從活組織中產(chǎn)生碗，線圈和漣漪。
第一作者，加州大學(xué)舊金山分校博士后研究員Alex Hughes表示：“我們開始意識到，將自然發(fā)展過程分解為工程學(xué)原理是可能的，然后我們可以重新利用這些原理來建立和理解組織。這在組織工程中是一個全新的角度?！?/FONT>
該研究涉及使用稱為細(xì)胞DNA編程組裝的3D細(xì)胞圖案化技術(shù)，其可用于建立組織的空間模板。這個組織模板然后將自身折疊成復(fù)雜的形狀，模仿組織在開發(fā)過程中分層組裝的方式。這是因?yàn)殚g充質(zhì)細(xì)胞有效地“牽引”在其周圍的繩狀細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)纖維網(wǎng)絡(luò)上，導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)發(fā)生拱形或變形。
最令人興奮的是，科學(xué)家已經(jīng)牢牢掌握如何編程細(xì)胞組裝，以便操縱其折疊行為。研究人員說，通過特殊的方式安排間充質(zhì)細(xì)胞，他們能夠制造出與“簡單模型”所預(yù)測的非常相似的“形狀轉(zhuǎn)變”的活體構(gòu)建體。
高級作者Zev Gartner說：“通過將開發(fā)的復(fù)雜性分解成更簡單的工程原理，科學(xué)家們開始更好地理解并最終控制基礎(chǔ)生物學(xué)。作為“構(gòu)建復(fù)雜和功能性合成組織的奇妙底盤”。從這里，研究人員有幾個途徑可以探索。首先，他們想知道是否可以將折疊式組織發(fā)育程序納入其他控制組織構(gòu)圖的程序中，以全面處理細(xì)胞。其次，他們希望花更多的時間來研究細(xì)胞如何分化以響應(yīng)體內(nèi)組織折疊過程中發(fā)生的機(jī)械變化。最終，這項(xiàng)重要的工作可能會從三維生物打印器官或用于藥物測試的微型“類器官”的任何地方產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，直到生物軟機(jī)器人的發(fā)展。
研究人員的研究《機(jī)械組織折疊間充質(zhì)工程組織折疊》已經(jīng)發(fā)表在《發(fā)育細(xì)胞》雜志上。
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