近日，美国斯坦福大学Alison Marsden及团队在《科学》发表研究成果，他们构建了一种计算模型，可基于数学规律为3D打印器官快速设计血管网络，解决了现有设计方法耗时过长的问题，且通过实验验证了该模型设计的血管网络能显著提升细胞存活率，这一成果让人工器官移植离无需捐赠者的目标更近一步。
器官移植现状与3D打印器官的困境
器官衰竭患者通常需要器官移植，但全球仅有10%的移植需求得到满足。为填补缺口，科学家研发3D打印器官方法，然而这些器官需要血管网络维持活力，现有设计血管网络的实验方法需耗时数天甚至数周。
计算模型的构建与原理
为解决上述问题，美国斯坦福大学的Alison Marsden及团队构建了一种计算模型。该模型依据描述人体内血管分支为更小血管的数学规律，能够为任意器官设计血管网络。例如，研究人员利用模型为一个由肾细胞3D打印而成的1厘米宽环形结构，仅用几分钟就设计出包含25条血管的网络。
血管网络的打印与模拟实验
研究团队使用冷明胶颗粒将设计好的血管网络打印到环形结构中，再加热至37°使明胶融化，留下模拟血管的1毫米宽空心通道。之后，持续向通道中泵入含氧气和营养物质的液体，以模拟正常血流。一周后，该环形结构中的存活细胞数量约为没有植入血管的相同肾细胞环形结构的400倍，后者同样浸泡在类似血液的液体中。
模型现存问题与后续研究方向
Marsden表示，虽然能让靠近血管的细胞存活，但距离较远的细胞会死亡，因为目前尚无法打印更细小、分支更多的血管以向这些区域输送营养，团队正在探索解决这一问题的方法。同时，研究人员首先需要开发将这些血管网络打印到大型器官中的方法。Marsden还称，如果进展顺利，他们希望在5年内在猪身上测试3D打印器官。
业内专家对该模型的评价
法国巴黎 - 萨克雷大学的Hugues Talbot评价道：“他们无疑在突破可能性的边界。”这种方法或许有朝一日能让科学家在数小时内完成全尺寸器官的血管网络设计，而非数天或数周。“以这种方式设计的血管网络，未来可能用于替代或至少补充实验室培育的器官。”
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