Researchers from哈佛大学’sWyss学院已经开发了一种新型的牺牲墨水写作技术，称为Swift（牺牲性写入功能组织），以3D打印大型血管化的人体器官构建块（OBB）。
该团队证明了其方法，创建了心脏组织，该心脏组织在7天的时间内同步融合和击败。这使得在治疗尺度上可以快速组装灌注的患者和器官特异性组织。
“Our SWIFT biomanufacturing method is highly effective at creating organ-specific tissues at scale from OBBs ranging from aggregates of primary cells to stem-cell-derived organoids,” said Jennifer Lewis, corresponding author at the Wyss Institute.
“通过将Stem-Cell研究人员的最新进展与我的实验室开发的生物打印方法相结合，我们相信Swift将大大推动世界各地的器官工程领域。”
通过增材制造减少移植等待时间
根据研究人员的说法，在美国，每天约有20人死亡，等待器官移植。尽管现在每年进行30,000多次移植，但据报道，目前有超过113,000名器官候补患者。为了解决这一器官短缺，科学家们将希望人为地人为成长的人类器官。
组织工程is a rapidly evolving field. Advances in 3D printing have led to a boom in using that technique to build living tissue constructs in the shape of human organs.器官构建块由患者特异性诱导的多能干细胞衍生的类器官组成，为实现具有必要的细胞密度，微体系结构和功能的组织提供了途径。但是，迄今为止，很少关注它们的组装成3D组织构建体。
通过将血管通道的3D打印到由茎细胞衍生的OBB组成的活矩阵中，该团队的Swift技术克服了这一主要障碍，并产生了具有高细胞密度和功能的可行，特定器官的组织。Wyss研究所的研究助理Mark Skylar-Scott博士说：“这是组织制造的全新范式。”
“Rather than trying to 3D print an entire organ’s worth of cells, SWIFT focuses only on printing the vessels necessary to support a living tissue construct that contains large quantities of OBBs, which may ultimately be used therapeutically to repair and replace human organs with lab-grown versions containing patients’ own cells.”
迅速的生物制造
Swift是一个两步的生物制造过程，始于将成千上万的OBB组装成具有高细胞密度的活矩阵，成为OBBS的密集矩阵。每毫升约2亿个细胞，用于SWIFT的OBB矩阵还必须表现出所需的自我修复，粘性行为。
在第二步中，通过编写和去除牺牲墨水（即嵌入的3D生物打印），将灌注的血管通道嵌入基质中。构建的血管网络允许氧气和其他营养物质通过，将这些重要物质传递给细胞。
“Forming a dense matrix from these OBBs kills two birds with one stone: not only does it achieve a high cellular density akin to that of human organs, but the matrix’s viscosity also enables printing of a pervasive network of perfusable channels within it to mimic the blood vessels that support human organs,” added co-first author Sébastien Uzel, Ph.D., a Research Associate at the Wyss Institute and SEAS.
如何做一个跳动的心
Swift方法中使用的细胞聚集体来自成年诱导的多能干细胞。与量身定制的细胞外基质（ECM）溶液混合，骨料使活矩阵通过离心压实。
在寒冷温度（0-4°C）下，密集的基质具有蛋黄酱的一致性。足够柔软可以操纵而不会损坏细胞，矩阵仍然足够厚，可以保持其形状 - 这是牺牲3D打印的理想介质。在这种技术中，薄薄的喷嘴通过该基质移动，沉积了一条明胶“墨水”，将细胞推开而不会损坏它们。
加热至37°C，冷基质逐渐变硬，变得更固体。随着温度的升高，明胶墨水融化并可以洗掉。这留下了嵌入在组织构建体中的通道网络，可以用氧化培养基灌注以滋养细胞。研究人员能够将通道的直径从400微米变为1毫米。3D打印的通道也可以无缝连接，以形成组织内的分支血管网络。
The SWIFT future in therapeutic applications
为了确定组织是否显示出器官特异性功能，团队3D打印，撤离和灌注分支通道结构成由心脏来源细胞组成的基质。制造出心脏状结构后，媒体通过频道飞行了一个多星期。在此期间，心脏OBB融合在一起形成更固体的心脏组织。宫缩变得更加同步，超过20倍的强度，模仿人类心脏的关键特征。
In the future, the team envisions adopting new protocols that offer a pathway to create more mature, micro vascularized OBBs.Collaborations are underway with Wyss Institute faculty members Dr. Chris Chen atBoston University和Sangeeta Bhatia博士麻省理工学院。
“Biomanufacturing of organ-specific tissues with high cellular density and embedded vascular channels”发表在科学进步。It is co-authored by Mark A. Skylar-Scott, Sebastien G. M. Uzel, Lucy L. Nam, John H. Ahrens, Ryan L. Truby, Sarita Damaraju, and Jennifer A. Lewis.
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特色的图像表演活体围绕着使用Swift方法打印的空心血管通道。通过哈佛大学Wyss研究所的照片。
