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    据南极熊了解,日前,结合了来自哈佛、麻省理工等全球七个安排的科学家团队的最新肝脏安排研讨,科学家们结合在3D生物打印、微流体芯片和水凝胶生物支架等多方面的归纳常识将体外肝脏药物测验面向了另一个高度。3D打印的肝脏芯片用于药物测验可以更安全、更牢靠的进行,且更适合动物和人类的疾病研讨。这项研讨的地址会集在哈佛大学医学院和麻省理工学院的清洁科学和技能部分。依据“纽约时报”2015年宣布的数据,每5,000种新的药物成分组合中只要一种可以经过层层测验终究成为同意上市的药物。

    哈佛与麻省理工3D打印带血管的肝脏芯片

    由Ali Khademhosseini和Su Ryon Shin带领的科学家团队经过人类细胞的培育然后制作出肝脏芯片,这个芯片的特别之处不仅仅在于运用的是人类的细胞,还在于具有匹配的血管结构,可以给安排细胞运送养分。

    首要,将人类肝脏细胞(HepG2 / C3A)与凝胶结合以制成安排结构。将藻类的墨水摆放打印成肝脏中的血管,随后藻类油墨溶解,在凝胶的中心留下中空通道。运用注射器,将脐静脉内皮细胞(HUVEC)泵入中空通道并出现血管的形状。引入血流时,通道出现彻底血管化的特征。

    然后将该微流体芯片放置在生物反响器内部,坚持细胞成长和增殖的稳定条件。试验结果表明,“生物打印血管并与生物反响器的集成有助于创立更接近于实际的肝脏芯片,缩小体外和体内药物测验之间的距离。带血管的肝脏芯片有助于调查和猜测微循环水平的药物毒性机制。

    哈佛与麻省理工3D打印带血管的肝脏芯片

    在肝脏器官芯片的商业化范畴,美国食物药品监督管理局(FDA)现已开端测验一种肝脏芯片。这是一种模仿人类器官生物功用的迷你模型,FDA将测验它是否可以有效地为人体对食物以及食源性疾病的反响建模。这些试验能协助FDA决议,医药公司在为可能具有毒性的新化合物(如食物添加剂)提出同意请求时,是否可以用芯片数据代替动物试验数据。监管安排测验用器官芯片代替动物试验,这在全球范围内是初次。

    2017年4月11日,FDA食物***门的毒理学高级顾问Suzanne Fitzpatrick在一则博客上发布了FDA的这一意向。尽管这类芯片是被规划用于测验药物的,但Fitzpatrick地点的部分也想用它们来试一试单个器官对膳食弥补剂和化装品等产品的反响。他们还能用器官芯片来测验食源性病原体影响特定器官的详细进程。FDA的食物安全科学家们将首要评价人类肝脏芯片,接着会测验肾脏、肺和肠道模型。

    这些芯片由坐落美国麻省波斯顿市的生物技能公司Emulate制作。这种迷你器官里包含多种人类肝脏细胞,它们长在支架上。相似血液的液体被源源不断地泵入这个体系,为细胞运送养分物质并带走代谢废物。此外,还可以在芯片中添加免疫体系组分,以测验对肝脏推陈出新的影响。

    时至今日,全世界的科学家在人工血管、软骨安排,肾脏、肝脏、皮肤等用于研讨和药物测验的器官3D打印范畴取得了不同程度开展。经过3D打印与干细胞培育技能的结合正在缩小体外测验与体内测验的距离。

    人体安排和器官都是数以万计的细胞组成的。比方心脏是由比较单一的心肌细胞组成的,而肾脏则细胞品种较多,仅肾小球中就有:血管内皮细胞,肾小囊壁层上皮细胞,肾小囊脏层上皮细胞(足细胞),系膜细胞。千里之行始于足下,人体器官3D打印亦不例外,不管构成他们的细胞品种有多少,都要从培育细胞做起。

    用惯例培育方法培育的细胞,其形状和功用与人体内的细胞并不彻底相同。而用运用生物3D打印技能,可以让细胞依照预先的规划的形状和细胞之间的联络成长,更靠近人体的真实情况,然后到达模仿人体安排和器官的意图。无论是人工血管、软骨安排,仍是肝脏安排、肾脏安排,其中心是特定类型细胞的别离(或定向诱导)及大规模扩增。

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    除了哈佛大学与麻省理工在肝范畴的开展,由阿斯顿大学主导,并由Axol Bioscience公司、汉诺威激光中心、巴塞罗那大学、光子科学研讨所和KITE Innovation等安排一起参加了MESO-BRAIN项目,方针是将运用人类诱导多能干细胞在一种概括清楚、重现性好的3D支架上分化成神经元,以支撑可以模仿人类大脑活动的人类神经网络的开展,以进步对包含帕金森病、老年痴呆和大脑 损害在内的许多脑部疾病的知道和医治。MESO-BRAIN还有望完结大规模依据人类细胞的检测,以测验药理学和毒理学化合物对神经网络活动的调理性影响。3D 支架构建出来的人工神经网络如果用于药物测验范畴,将添加药物挑选功率、削减动物试验。

    项目组的科研人员表明,3D支架结构是依据一种依据大脑皮质模块规划的,制作支架的是纳米级3D激光打印技能,完结支架打印之后再融入纳米电极以完结对神经网络的电生理剖析。MESO-BRAIN项目还方案运用一种依据光片照明的快速容积成像技能进行光学剖析,然后在整个3D网络中完结细胞级的分辨率。

    除了用于药物测验和移植的器官的可能性,3D打印技能现已成功地用于创立骨骼,包含脊椎骨,下颌骨,和整个胸廓,以及软骨结构,如耳朵和气管。3D打印技能未来的使用包含3D生物打印的现场,可以协助在战场上修正创伤,而3D打印的皮肤可以康复正常的烧伤,或仅仅是用于美容化装。


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