科学家创建3D打印活体肺组织

不列颠哥伦比亚大学奥肯那根分校的研究人员开发了一种 3D 生物打印模型，可以紧密模拟天然肺组织的复杂性——这项创新可能会改变科学家研究肺部疾病和开发新疗法的方式。

欧文·K·巴伯科学学院副教授 Emmanuel Osei 博士表示，该模型产生的组织与人类肺部的复杂性非常相似，可以改善呼吸系统疾病的检测和药物开发。

他说：“为了进行我们需要的研究和测试，研究复杂肺部疾病的机制以最终找到新的药物靶点，我们需要能够创建与人体组织相当的模型。”

研究小组使用由光敏聚合物改性明胶和一种名为聚乙二醇二丙烯酸酯的聚合物制成的生物墨水，3D 打印出一种含有多种细胞类型和通道的水凝胶，以重建人体气道的血管结构。

一旦打印出来，水凝胶的行为就很像肺组织的复杂机械结构，从而改善了我们研究细胞如何对刺激做出反应的方式。

“我们的目标是创建一个更符合生理学的人体呼吸道体外模型，”奥塞博士说道，他也与英属哥伦比亚大学心肺创新中心合作。“通过整合血管成分，我们可以更好地模拟肺部环境，这对于研究疾病和测试药物至关重要。”

Osei 博士解释说，当一个人被诊断出患有肺癌时，外科医生在征得患者同意的情况下，可以切除患处以及一些正常的肺组织，并将这些样本捐赠给研究人员。

“然而，研究人员无法控制他们收到的组织数量，”他解释说。“有时可能只是一小块组织，被带到实验室，用各种化学物质处理后进行测试。现在，有了3D生物打印技术，我们可以从这些供体组织中分离细胞，并有可能重建更多组织和测试样本，以便在实验室中进行研究，而无需依赖新的供体样本。”

奥塞博士表示，许多肺部疾病目前无法治愈，包括慢性阻塞性肺病 (COPD)、哮喘、特发性肺纤维化和癌症。能够创建测试模型是呼吸系统疾病研究和药物开发向前迈出的重要一步。

这项研究由普罗维登斯医疗保健公司 (Providence Health Care) 支持，与 Mitacs 合作发表在《生物技术与生物工程》杂志上，朝着了解肺部疾病的各个方面（例如疤痕和炎症）迈出了一步，并可能为未来治疗多种疾病带来帮助。

该论文描述了一些测试，包括将生物打印的 3D 模型暴露于香烟烟雾提取物中，这使得研究人员能够观察到促炎细胞因子的增加，促炎细胞因子是肺组织对尼古丁炎症反应的标志物。

Osei 博士说：“我们能够创建这种模型，然后使用特定的触发因素（例如香烟烟雾）来展示该模型如何响应和模拟肺部疾病的各个方面，这是了解肺部疾病复杂机制的重要一步，并将帮助我们了解如何治疗它们。”

“我们的模型很复杂，但由于生物打印的可重复性和优化性，它可以通过添加额外的细胞类型或来自特定患者的细胞进行调整，使其成为个性化医疗和疾病建模的有力工具。”

Osei 博士指出，继续这项工作使他的研究团队处于一个独特的位置，可以与 UBC 免疫生物学卓越研究集群等组织的同事、生物技术公司以及任何对开发生物人工模型感兴趣的人进行合作。