科学家第一次3D打印Squishy 脑样组织

一种新的3D打印技术可以创建像人类柔软的大脑或海绵状肺一样柔软的组织 - 这是之前无法实现的。

“添加剂制造”或3D打印有望允许医生使用患者自己的细胞为患者生产定制的器官，这可以帮助减少需要移植的人的器官严重短缺。

但是，该技术仍然存在很大的局限性。为了创造这些器官，生物工程师需要3D打印模仿器官结构的支架，然后用细胞填充这些器官。到目前为止，只有相对较硬的材料可以3D打印。但是身体中的一些器官，例如大脑和肺，具有极其柔软的结构。

“以前印刷的生物结构类型可能是骨骼或更硬的器官，如肝脏和肾脏，”伦敦帝国理工学院机械工程系研究员，中国第一作者最近发表的论文描述了新的3D打印技术。

“我们使用了非常柔软的材料，这是一种复合水凝胶，并且印刷了类似于大脑和可能是肺的更软的组织，”Tan告诉Live Science。

但是，3D打印非常软的材料的问题在于，在3D打印过程中，随着在其顶部添加额外的层，下面的层倾向于坍塌，Tan说。实际上，3D打印的过程涉及逐层创建对象，这意味着较低层需要能够支撑生长结构的重量。

为了解决这个问题，研究人员将事情冷却下来 - 确切地说。“我们正在使用低温印刷工艺，这意味着前一层被冷冻，”Tan说。“冻结使得该层非常坚固和稳定，因此可以在其上打印下一层，并且3D物体不会在其自身重量下坍塌。”

打印完成后，工程师可以慢慢解冻物体，并保持其形状，她说。

为了对脚手架进行3D打印，研究人员使用了一种新型复合水凝胶，它由两种成分组成：水溶性合成聚合物聚乙烯醇和称为Phytagel的果冻状物质。

然后，他们用胶原蛋白涂覆所得结构，并用人体细胞填充。然而，出于实验的目的，研究人员使用皮肤细胞代替脑细胞设计用于模拟人脑的支架。

仍然有限

到目前为止，研究人员只能创建大脑样组织的小样本，而不是整个大脑。

“如果你尝试使用标准的商用3D打印机3D打印全脑，那将是非常具有挑战性的，”高级研究作者，生物工程系的研究助理Antonio Elia Forte说道，他也是伦敦帝国理工学院的研究员。

“当你进入复杂的结构时，材料特性越柔和，几何体就会越自然地崩溃，”Forte告诉Live Science。

Forte说， 目前研究人员使用的低温技术通过3D印版冷却材料。这意味着在整个物体被打印之前，从板上进一步移除的层将会解冻，并且整个低温效应将会丢失。

Forte说，未来，研究人员可以通过使用能够保持整个物体冷却的腔室来进一步发展该技术。

尽管如此，新技术还是向前迈进了一步。“现在我们终于能够打印出非常柔软的材料了，而这在以前还没有实现，”Forte说。展望未来，研究人员的目标是改进技术，以便能够打印更大的物体。

Forte补充说，生物工程师可能还需要几十年的时间才能使用3D打印创造功能完善的复杂人体器官，如大脑或肺部。尽管如此，目前的技术可用于帮助研究人员研究大脑或肺组织在各种条件下的行为 - 例如，在创伤性脑损伤等冲击情况下。