導(dǎo)讀：干細(xì)胞衍生的組織模型通常需要外部刺激來(lái)引導(dǎo)多細(xì)胞模式的自組織。但這種方法容易導(dǎo)致隨機(jī)行為，限制了細(xì)胞的可重復(fù)構(gòu)建，并且形成了不符合生理的結(jié)構(gòu)。為了改進(jìn)干細(xì)胞衍生組織的多細(xì)胞模式，研究人員開發(fā)了一種方法，創(chuàng)造出復(fù)雜的微環(huán)境。這個(gè)微環(huán)境包含可編程的機(jī)械和化學(xué)信號(hào)線索，包括綴合肽、蛋白質(zhì)、形態(tài)發(fā)生素，以及不同剛度的楊氏模量。

2023年8月14日，據(jù)資源庫(kù)了解，來(lái)自悉尼大學(xué)和西梅德兒童醫(yī)學(xué)研究所（CMRI）的生物工程師和生物醫(yī)學(xué)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)，利用3D光刻打印技術(shù)創(chuàng)造了一個(gè)復(fù)雜的環(huán)境，以創(chuàng)建類似器官結(jié)構(gòu)的組織。

該團(tuán)隊(duì)由悉尼大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院的Hala Zreiqat教授、Peter Newman博士，以及領(lǐng)導(dǎo)CMRI胚胎學(xué)研究室的發(fā)育生物學(xué)家Patrick Tam教授領(lǐng)導(dǎo)。他們的研究成果發(fā)表在《高級(jí)科學(xué)》雜志上。

通過(guò)利用生物工程和細(xì)胞培養(yǎng)方法，引導(dǎo)來(lái)源于血細(xì)胞或皮膚細(xì)胞的干細(xì)胞形成器官狀的特殊細(xì)胞。該團(tuán)隊(duì)的最新研究采用微觀機(jī)械和化學(xué)信號(hào)來(lái)重建細(xì)胞在發(fā)育過(guò)程中的活動(dòng)。

Hala Zreiqat教授表示：“我們的新方法可以被視為細(xì)胞的指導(dǎo)手冊(cè)，使它們能夠創(chuàng)造出更接近天然組織的組織結(jié)構(gòu)。這是實(shí)現(xiàn)3D打印工作組織和器官的重要一步。”

微結(jié)構(gòu)壁龕的機(jī)械化學(xué)流光刻 (MCFL) 印刷，圖片來(lái)自：《高級(jí)科學(xué)》

Peter Newman博士表示，在最近的研究使用了一種新的3D打印方法，來(lái)定義細(xì)胞的指令，引導(dǎo)它們形成更有組織、更準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)。通過(guò)這種方法，成功創(chuàng)建了一個(gè)類似于骨骼和組織結(jié)合的骨脂肪組件，類似于早期哺乳動(dòng)物發(fā)育過(guò)程。

研究復(fù)雜組織和類器官有助于科研人員理解器官的發(fā)育和功能，以及影響器官疾病的可能基因突變和發(fā)育錯(cuò)誤。從這些研究中獲得的知識(shí)還有助于開發(fā)細(xì)胞和基因治療方法，用于處理與器官相關(guān)的疾病。而能夠制造所需細(xì)胞類型的能力也進(jìn)一步推動(dòng)了生成用于臨床治療的相關(guān)干細(xì)胞的可能性。

用于打印機(jī)械化學(xué)微結(jié)構(gòu)特性的模型，圖片來(lái)自：《高級(jí)科學(xué)》

Hala Zreiqat教授強(qiáng)調(diào)：“除了理解錯(cuò)綜復(fù)雜的生命‘指南’之外，這種方法還具有巨大的實(shí)際意義。例如，在迫切需要器官移植的再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，進(jìn)一步研究使用這種方法可能會(huì)促進(jìn)器官的生長(zhǎng)。 ”她預(yù)想著未來(lái)，候選人名單上等待器官移植的人數(shù)可能會(huì)大幅減少，因?yàn)槲覀兛梢栽趯?shí)驗(yàn)室中生成與天然組織非常相似的人工組織。

Peter Newman補(bǔ)充說(shuō)：“此外，這項(xiàng)技術(shù)可以徹底改變我們對(duì)疾病的研究和理解方式。通過(guò)創(chuàng)建患病組織的精確模型，我們可以在受控環(huán)境中觀察疾病的進(jìn)展和治療反應(yīng)。我們希望有朝一日，這將帶來(lái)更有效的治療方法，甚至可以治愈目前難以解決的疾病。”

骨脂肪組合的利基編程圖案，圖片來(lái)自：《高級(jí)科學(xué)》

CMRI的Tam教授指出：“過(guò)去，我們可以培養(yǎng)干細(xì)胞以產(chǎn)生多種細(xì)胞類型，但我們無(wú)法控制它們?cè)?D空間中如何分化和組裝。”

他進(jìn)一步解釋道：“通過(guò)這種生物工程技術(shù)，我們現(xiàn)在可以引導(dǎo)干細(xì)胞形成特定的細(xì)胞類型，并在時(shí)間和空間上正確地組織這些細(xì)胞，從而重新創(chuàng)造出器官真實(shí)的發(fā)育過(guò)程?！?br />

這項(xiàng)研究的下一步是專注于進(jìn)一步發(fā)展這項(xiàng)技術(shù)，以推動(dòng)再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域以及很多疾病的潛在新治療方法。他們希望這項(xiàng)研究有可能治療由遺傳性疾病引起的視力喪失，如黃斑變性，導(dǎo)致視網(wǎng)膜感光細(xì)胞喪失等疾病。

生態(tài)位程序化的細(xì)胞附著、擴(kuò)散和機(jī)械傳感，圖片來(lái)自：《高級(jí)科學(xué)》

Tam教授繼續(xù)說(shuō)：“如果我們能夠通過(guò)生物工程的方法產(chǎn)生少量細(xì)胞，并觀察整個(gè)系統(tǒng)的功能，那么我們就有可能研究使用功能性細(xì)胞來(lái)替代因疾病而喪失的眼睛細(xì)胞的治療方法?！?br />
他進(jìn)一步闡述：“如果我們能夠?qū)⒔】档募?xì)胞注入眼睛，將會(huì)產(chǎn)生巨大的影響。無(wú)論是由于遺傳性疾病還是外傷導(dǎo)致的黃斑（負(fù)責(zé)中央視力的視網(wǎng)膜區(qū)域）喪失，治療方法都是一樣的?！?br />
“以這種方式治療罕見遺傳疾病，并提高生活質(zhì)量的設(shè)想令人鼓舞。我們期望這項(xiàng)工作將帶來(lái)可以實(shí)際應(yīng)用的先進(jìn)治療方法?！?br />

材料介導(dǎo)的BMP4信號(hào)傳導(dǎo)程序組織模式，誘導(dǎo)中內(nèi)胚層組織的病灶，圖片來(lái)自：《高級(jí)科學(xué)》

該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃進(jìn)一步發(fā)展這項(xiàng)技術(shù)，將其應(yīng)用于再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域和多種疾病的潛在新治療方法。通過(guò)創(chuàng)造更加精確的細(xì)胞模型，他們希望能夠更好地研究疾病的發(fā)展，并尋找更有效的治療途徑。

這項(xiàng)研究的成果可能會(huì)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域引發(fā)重大變革，為很多目前難以治療的疾病提供新的解決方案。這不僅有助于更好地理解生物學(xué)過(guò)程，還能夠?yàn)榛颊咛峁└行?、個(gè)體化的治療方法，為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域帶來(lái)更加美好的未來(lái)。

導(dǎo)讀：干細(xì)胞衍生的組織模型通常需要外部刺激來(lái)引導(dǎo)多細(xì)胞模式的自組織。但這種方法容易導(dǎo)致隨機(jī)行為，限制了細(xì)胞的可重復(fù)構(gòu)建，并且形成了不符合生理的結(jié)構(gòu)。為了改進(jìn)干細(xì)胞衍生組織的多細(xì)胞模式，研究人員開發(fā)了一種方法，創(chuàng)造出復(fù)雜的微環(huán)境。這個(gè)微環(huán)境包含可編程的機(jī)械和化學(xué)信號(hào)線索，包括綴合肽、蛋白質(zhì)、形態(tài)發(fā)生素，以及不同剛度的楊氏模量。

2023年8月14日，據(jù)資源庫(kù)了解，來(lái)自悉尼大學(xué)和西梅德兒童醫(yī)學(xué)研究所（CMRI）的生物工程師和生物醫(yī)學(xué)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)，利用3D光刻打印技術(shù)創(chuàng)造了一個(gè)復(fù)雜的環(huán)境，以創(chuàng)建類似器官結(jié)構(gòu)的組織。

該團(tuán)隊(duì)由悉尼大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院的Hala Zreiqat教授、Peter Newman博士，以及領(lǐng)導(dǎo)CMRI胚胎學(xué)研究室的發(fā)育生物學(xué)家Patrick Tam教授領(lǐng)導(dǎo)。他們的研究成果發(fā)表在《高級(jí)科學(xué)》雜志上。

通過(guò)利用生物工程和細(xì)胞培養(yǎng)方法，引導(dǎo)來(lái)源于血細(xì)胞或皮膚細(xì)胞的干細(xì)胞形成器官狀的特殊細(xì)胞。該團(tuán)隊(duì)的最新研究采用微觀機(jī)械和化學(xué)信號(hào)來(lái)重建細(xì)胞在發(fā)育過(guò)程中的活動(dòng)。

Hala Zreiqat教授表示：“我們的新方法可以被視為細(xì)胞的指導(dǎo)手冊(cè)，使它們能夠創(chuàng)造出更接近天然組織的組織結(jié)構(gòu)。這是實(shí)現(xiàn)3D打印工作組織和器官的重要一步。”

微結(jié)構(gòu)壁龕的機(jī)械化學(xué)流光刻 (MCFL) 印刷，圖片來(lái)自：《高級(jí)科學(xué)》

Peter Newman博士表示，在最近的研究使用了一種新的3D打印方法，來(lái)定義細(xì)胞的指令，引導(dǎo)它們形成更有組織、更準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)。通過(guò)這種方法，成功創(chuàng)建了一個(gè)類似于骨骼和組織結(jié)合的骨脂肪組件，類似于早期哺乳動(dòng)物發(fā)育過(guò)程。

研究復(fù)雜組織和類器官有助于科研人員理解器官的發(fā)育和功能，以及影響器官疾病的可能基因突變和發(fā)育錯(cuò)誤。從這些研究中獲得的知識(shí)還有助于開發(fā)細(xì)胞和基因治療方法，用于處理與器官相關(guān)的疾病。而能夠制造所需細(xì)胞類型的能力也進(jìn)一步推動(dòng)了生成用于臨床治療的相關(guān)干細(xì)胞的可能性。

用于打印機(jī)械化學(xué)微結(jié)構(gòu)特性的模型，圖片來(lái)自：《高級(jí)科學(xué)》

Hala Zreiqat教授強(qiáng)調(diào)：“除了理解錯(cuò)綜復(fù)雜的生命‘指南’之外，這種方法還具有巨大的實(shí)際意義。例如，在迫切需要器官移植的再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，進(jìn)一步研究使用這種方法可能會(huì)促進(jìn)器官的生長(zhǎng)。 ”她預(yù)想著未來(lái)，候選人名單上等待器官移植的人數(shù)可能會(huì)大幅減少，因?yàn)槲覀兛梢栽趯?shí)驗(yàn)室中生成與天然組織非常相似的人工組織。

Peter Newman補(bǔ)充說(shuō)：“此外，這項(xiàng)技術(shù)可以徹底改變我們對(duì)疾病的研究和理解方式。通過(guò)創(chuàng)建患病組織的精確模型，我們可以在受控環(huán)境中觀察疾病的進(jìn)展和治療反應(yīng)。我們希望有朝一日，這將帶來(lái)更有效的治療方法，甚至可以治愈目前難以解決的疾病。”

骨脂肪組合的利基編程圖案，圖片來(lái)自：《高級(jí)科學(xué)》

CMRI的Tam教授指出：“過(guò)去，我們可以培養(yǎng)干細(xì)胞以產(chǎn)生多種細(xì)胞類型，但我們無(wú)法控制它們?cè)?D空間中如何分化和組裝。”

他進(jìn)一步解釋道：“通過(guò)這種生物工程技術(shù)，我們現(xiàn)在可以引導(dǎo)干細(xì)胞形成特定的細(xì)胞類型，并在時(shí)間和空間上正確地組織這些細(xì)胞，從而重新創(chuàng)造出器官真實(shí)的發(fā)育過(guò)程?！?br />

這項(xiàng)研究的下一步是專注于進(jìn)一步發(fā)展這項(xiàng)技術(shù)，以推動(dòng)再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域以及很多疾病的潛在新治療方法。他們希望這項(xiàng)研究有可能治療由遺傳性疾病引起的視力喪失，如黃斑變性，導(dǎo)致視網(wǎng)膜感光細(xì)胞喪失等疾病。

生態(tài)位程序化的細(xì)胞附著、擴(kuò)散和機(jī)械傳感，圖片來(lái)自：《高級(jí)科學(xué)》

Tam教授繼續(xù)說(shuō)：“如果我們能夠通過(guò)生物工程的方法產(chǎn)生少量細(xì)胞，并觀察整個(gè)系統(tǒng)的功能，那么我們就有可能研究使用功能性細(xì)胞來(lái)替代因疾病而喪失的眼睛細(xì)胞的治療方法?！?br />
他進(jìn)一步闡述：“如果我們能夠?qū)⒔】档募?xì)胞注入眼睛，將會(huì)產(chǎn)生巨大的影響。無(wú)論是由于遺傳性疾病還是外傷導(dǎo)致的黃斑（負(fù)責(zé)中央視力的視網(wǎng)膜區(qū)域）喪失，治療方法都是一樣的?！?br />
“以這種方式治療罕見遺傳疾病，并提高生活質(zhì)量的設(shè)想令人鼓舞。我們期望這項(xiàng)工作將帶來(lái)可以實(shí)際應(yīng)用的先進(jìn)治療方法?！?br />

材料介導(dǎo)的BMP4信號(hào)傳導(dǎo)程序組織模式，誘導(dǎo)中內(nèi)胚層組織的病灶，圖片來(lái)自：《高級(jí)科學(xué)》

該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃進(jìn)一步發(fā)展這項(xiàng)技術(shù)，將其應(yīng)用于再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域和多種疾病的潛在新治療方法。通過(guò)創(chuàng)造更加精確的細(xì)胞模型，他們希望能夠更好地研究疾病的發(fā)展，并尋找更有效的治療途徑。

這項(xiàng)研究的成果可能會(huì)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域引發(fā)重大變革，為很多目前難以治療的疾病提供新的解決方案。這不僅有助于更好地理解生物學(xué)過(guò)程，還能夠?yàn)榛颊咛峁└行?、個(gè)體化的治療方法，為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域帶來(lái)更加美好的未來(lái)。