導(dǎo)讀：干細胞衍生的組織模型通常需要外部刺激來引導(dǎo)多細胞模式的自組織。但這種方法容易導(dǎo)致隨機行為，限制了細胞的可重復(fù)構(gòu)建，并且形成了不符合生理的結(jié)構(gòu)。為了改進干細胞衍生組織的多細胞模式，研究人員開發(fā)了一種方法，創(chuàng)造出復(fù)雜的微環(huán)境。這個微環(huán)境包含可編程的機械和化學信號線索，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)資源庫了解，來自悉尼大學和西梅德兒童醫(yī)學研究所（CMRI）的生物工程師和生物醫(yī)學科學家團隊，利用3D光刻打印技術(shù)創(chuàng)造了一個復(fù)雜的環(huán)境，以創(chuàng)建類似器官結(jié)構(gòu)的組織。

該團隊由悉尼大學生物醫(yī)學工程學院的Hala Zreiqat教授、Peter Newman博士，以及領(lǐng)導(dǎo)CMRI胚胎學研究室的發(fā)育生物學家Patrick Tam教授領(lǐng)導(dǎo)。他們的研究成果發(fā)表在《高級科學》雜志上。

通過利用生物工程和細胞培養(yǎng)方法，引導(dǎo)來源于血細胞或皮膚細胞的干細胞形成器官狀的特殊細胞。該團隊的最新研究采用微觀機械和化學信號來重建細胞在發(fā)育過程中的活動。

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

微結(jié)構(gòu)壁龕的機械化學流光刻 (MCFL) 印刷，圖片來自：《高級科學》

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

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)育錯誤。從這些研究中獲得的知識還有助于開發(fā)細胞和基因治療方法，用于處理與器官相關(guān)的疾病。而能夠制造所需細胞類型的能力也進一步推動了生成用于臨床治療的相關(guān)干細胞的可能性。

用于打印機械化學微結(jié)構(gòu)特性的模型，圖片來自：《高級科學》

Hala Zreiqat教授強調(diào)：“除了理解錯綜復(fù)雜的生命‘指南’之外，這種方法還具有巨大的實際意義。例如，在迫切需要器官移植的再生醫(yī)學領(lǐng)域，進一步研究使用這種方法可能會促進器官的生長。 ”她預(yù)想著未來，候選人名單上等待器官移植的人數(shù)可能會大幅減少，因為我們可以在實驗室中生成與天然組織非常相似的人工組織。

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

骨脂肪組合的利基編程圖案，圖片來自：《高級科學》

CMRI的Tam教授指出：“過去，我們可以培養(yǎng)干細胞以產(chǎn)生多種細胞類型，但我們無法控制它們在3D空間中如何分化和組裝。”

他進一步解釋道：“通過這種生物工程技術(shù)，我們現(xiàn)在可以引導(dǎo)干細胞形成特定的細胞類型，并在時間和空間上正確地組織這些細胞，從而重新創(chuàng)造出器官真實的發(fā)育過程。”

這項研究的下一步是專注于進一步發(fā)展這項技術(shù)，以推動再生醫(yī)學領(lǐng)域以及很多疾病的潛在新治療方法。他們希望這項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)膜感光細胞喪失等疾病。

生態(tài)位程序化的細胞附著、擴散和機械傳感，圖片來自：《高級科學》

Tam教授繼續(xù)說：“如果我們能夠通過生物工程的方法產(chǎn)生少量細胞，并觀察整個系統(tǒng)的功能，那么我們就有可能研究使用功能性細胞來替代因疾病而喪失的眼睛細胞的治療方法?！?br />
他進一步闡述：“如果我們能夠?qū)⒔】档募毎⑷胙劬?，將會產(chǎn)生巨大的影響。無論是由于遺傳性疾病還是外傷導(dǎo)致的黃斑（負責中央視力的視網(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。我們期望這項工作將帶來可以實際應(yīng)用的先進治療方法?！?br />

材料介導(dǎo)的BMP4信號傳導(dǎo)程序組織模式，誘導(dǎo)中內(nèi)胚層組織的病灶，圖片來自：《高級科學》

該團隊計劃進一步發(fā)展這項技術(shù)，將其應(yīng)用于再生醫(yī)學領(lǐng)域和多種疾病的潛在新治療方法。通過創(chuàng)造更加精確的細胞模型，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。

這項研究的成果可能會在醫(yī)學領(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過程，還能夠為患者提供更有效、個體化的治療方法，為醫(yī)學領(lǐng)域帶來更加美好的未來。

導(dǎo)讀：干細胞衍生的組織模型通常需要外部刺激來引導(dǎo)多細胞模式的自組織。但這種方法容易導(dǎo)致隨機行為，限制了細胞的可重復(fù)構(gòu)建，并且形成了不符合生理的結(jié)構(gòu)。為了改進干細胞衍生組織的多細胞模式，研究人員開發(fā)了一種方法，創(chuàng)造出復(fù)雜的微環(huán)境。這個微環(huán)境包含可編程的機械和化學信號線索，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)資源庫了解，來自悉尼大學和西梅德兒童醫(yī)學研究所（CMRI）的生物工程師和生物醫(yī)學科學家團隊，利用3D光刻打印技術(shù)創(chuàng)造了一個復(fù)雜的環(huán)境，以創(chuàng)建類似器官結(jié)構(gòu)的組織。

該團隊由悉尼大學生物醫(yī)學工程學院的Hala Zreiqat教授、Peter Newman博士，以及領(lǐng)導(dǎo)CMRI胚胎學研究室的發(fā)育生物學家Patrick Tam教授領(lǐng)導(dǎo)。他們的研究成果發(fā)表在《高級科學》雜志上。

通過利用生物工程和細胞培養(yǎng)方法，引導(dǎo)來源于血細胞或皮膚細胞的干細胞形成器官狀的特殊細胞。該團隊的最新研究采用微觀機械和化學信號來重建細胞在發(fā)育過程中的活動。

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

微結(jié)構(gòu)壁龕的機械化學流光刻 (MCFL) 印刷，圖片來自：《高級科學》

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

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)育錯誤。從這些研究中獲得的知識還有助于開發(fā)細胞和基因治療方法，用于處理與器官相關(guān)的疾病。而能夠制造所需細胞類型的能力也進一步推動了生成用于臨床治療的相關(guān)干細胞的可能性。

用于打印機械化學微結(jié)構(gòu)特性的模型，圖片來自：《高級科學》

Hala Zreiqat教授強調(diào)：“除了理解錯綜復(fù)雜的生命‘指南’之外，這種方法還具有巨大的實際意義。例如，在迫切需要器官移植的再生醫(yī)學領(lǐng)域，進一步研究使用這種方法可能會促進器官的生長。 ”她預(yù)想著未來，候選人名單上等待器官移植的人數(shù)可能會大幅減少，因為我們可以在實驗室中生成與天然組織非常相似的人工組織。

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

骨脂肪組合的利基編程圖案，圖片來自：《高級科學》

CMRI的Tam教授指出：“過去，我們可以培養(yǎng)干細胞以產(chǎn)生多種細胞類型，但我們無法控制它們在3D空間中如何分化和組裝。”

他進一步解釋道：“通過這種生物工程技術(shù)，我們現(xiàn)在可以引導(dǎo)干細胞形成特定的細胞類型，并在時間和空間上正確地組織這些細胞，從而重新創(chuàng)造出器官真實的發(fā)育過程。”

這項研究的下一步是專注于進一步發(fā)展這項技術(shù)，以推動再生醫(yī)學領(lǐng)域以及很多疾病的潛在新治療方法。他們希望這項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)膜感光細胞喪失等疾病。

生態(tài)位程序化的細胞附著、擴散和機械傳感，圖片來自：《高級科學》

Tam教授繼續(xù)說：“如果我們能夠通過生物工程的方法產(chǎn)生少量細胞，并觀察整個系統(tǒng)的功能，那么我們就有可能研究使用功能性細胞來替代因疾病而喪失的眼睛細胞的治療方法?！?br />
他進一步闡述：“如果我們能夠?qū)⒔】档募毎⑷胙劬?，將會產(chǎn)生巨大的影響。無論是由于遺傳性疾病還是外傷導(dǎo)致的黃斑（負責中央視力的視網(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。我們期望這項工作將帶來可以實際應(yīng)用的先進治療方法?！?br />

材料介導(dǎo)的BMP4信號傳導(dǎo)程序組織模式，誘導(dǎo)中內(nèi)胚層組織的病灶，圖片來自：《高級科學》

該團隊計劃進一步發(fā)展這項技術(shù)，將其應(yīng)用于再生醫(yī)學領(lǐng)域和多種疾病的潛在新治療方法。通過創(chuàng)造更加精確的細胞模型，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。

這項研究的成果可能會在醫(yī)學領(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過程，還能夠為患者提供更有效、個體化的治療方法，為醫(yī)學領(lǐng)域帶來更加美好的未來。