來自麻省理工學(xué)院和印度理工學(xué)院馬德拉斯分校的研究人員利用一種微型3D打印的培養(yǎng)系統(tǒng)，培育出自組織腦組織(即類器官)，并可實(shí)時研究其生長發(fā)育。這一成果發(fā)表在美國物理聯(lián)合會雜志《生物微流體》上。
目前也有可以實(shí)時觀察類器官生長過程的商業(yè)培養(yǎng)皿，利用微流技術(shù)使?fàn)I養(yǎng)液通過連接到微型平臺或芯片的小管輸送，但這些微流控器件制造難度大、成本高，且只能與特定顯微鏡兼容。
此次，研究人員通過3D打印制造出一個可重復(fù)使用且易于調(diào)整的平臺，制造成本僅5美元左右。該平臺是一種生物反應(yīng)器芯片，包括為生長中的類器官和微流體通道提供營養(yǎng)液的孔，同時可為促進(jìn)組織生長提供預(yù)熱。
他們還將一種牙科手術(shù)用的生物相容性樹脂用于3D打印。首先將打印的芯片暴露在紫外光下固化，在進(jìn)行滅菌后將活細(xì)胞放入芯片的孔中，用玻璃片將孔的頂部密封后，就可以通過小的進(jìn)氣口加入研究中使用的營養(yǎng)液和藥物。
該研究論文作者伊克拉姆·可汗說：“我們的設(shè)計成本明顯低于基于傳統(tǒng)培養(yǎng)皿或旋轉(zhuǎn)式生物反應(yīng)器的類器官培養(yǎng)設(shè)備。”而且這種芯片可用蒸餾水清洗、干燥和高壓滅菌，因此可以重復(fù)使用。
研究人員用人類腦細(xì)胞培養(yǎng)的類器官對他們的設(shè)備進(jìn)行了測試。他們用顯微鏡觀察了正在生長的大腦類器官，跟蹤研究了其生長發(fā)育達(dá)7天時間。這一小塊腦組織形成了一個空腔(或腦室)，周圍環(huán)繞著一種類似于發(fā)育中的新大腦皮層的自組織結(jié)構(gòu)。
在這種3D打印的生物反應(yīng)器中，一周內(nèi)死亡的類器官核心細(xì)胞的比率比常規(guī)培養(yǎng)條件下的要小。研究人員認(rèn)為，他們的設(shè)計可以保護(hù)生長中的類器官。
可汗說：“我們的微流控設(shè)備的優(yōu)勢之一是，它允許對培養(yǎng)室進(jìn)行持續(xù)灌流，這比傳統(tǒng)培養(yǎng)更接近于生理組織的灌流，從而降低了類器官核心細(xì)胞的死亡率。”
今后，研究人員希望通過增加可用孔的數(shù)量來增加反應(yīng)器容量，并加以改進(jìn)，允許將更多的儀器集成到設(shè)計中。
