复杂的糖网络溶解 为实验室培养的组织中的血液创造通道

休斯顿-(2020年6月29日)-糖粉是莱斯大学饮食中的一种特殊成分，用于在实验室培养的组织中模仿人体错综复杂的分支血管。

在今天发表在《自然生物医学工程》杂志上的研究中，水稻生物工程师表明，他们可以通过3D打印糖的模板创建一个复杂的血管网络，使密集排列的细胞在一个相对较大的结构中存活两周。

布朗工程学院生物工程研究生伊恩金斯林格(Ian Kinstlinger)说，“工程化临床相关组织的最大障碍之一是用数亿个活细胞包装一个大型组织结构。”“在这么大的组织中，为所有细胞提供足够的氧气和营养是一个巨大的挑战。”

Kinstlinger解释说，大自然通过发展复杂的血管网络解决了这个问题，血管网络以类似于分支的方式在我们的组织和器官中编织。随着血管从中央主干分支，血管的厚度同时减小，但数量增加，这样氧气和营养物质可以有效地传输到全身的细胞。

Kuenstlinger说，“通过开发模仿自然血管网络的新技术和材料，我们已经接近这样一个点，即可以为足够多的细胞提供氧气和营养，以实现有意义的长期治疗功能。”

糖模板是在研究实验室的合著者、水稻生物工程助理教授乔丹米勒(Jordan Miller)的实验室中3D打印出来的，使用的是开源的、经过改造的激光切割机。

米勒说，“我们在这里开发的3D打印过程就像制作非常精确的焦糖布丁一样。”他最初的灵感来自于该项目的精美甜点。

米勒表示，通过选择性激光烧结可以实现复杂和详细的结构，这是一种3D打印过程，可以将精细的粉末颗粒融合成固态的3D物体。与更常见的挤压3D打印不同，在熔化3D打印中，熔化的材料束是通过喷嘴沉积的，而激光烧结是通过在干粉填充床中温和地熔化和熔合小面积来实现的。他说，挤压和激光烧结都可以一次形成2D层的3D形状，但激光方法可以生成结构，否则如果挤压，结构很容易坍塌。

米勒说，“有一些架构，如悬垂结构、分支网络和多管网络，在挤压印刷中做不好。”博士后期间，他用3D挤压打印机演示了糖模板的概念。就读于宾夕法尼亚大学。米勒2013年加入莱斯，很快开始研究激光烧结法。

他说，“选择性激光烧结让我们在所有三个维度上都有更多的控制，使我们能够轻松地访问复杂的拓扑结构，同时仍然保留糖材料的效用。”

糖在创建血管模板方面特别有用，因为它在干燥时很耐用，并且可以快速溶解在水中，而不会损伤附近的细胞。为了制作薄纸，Kinstlinger使用一种特殊的糖混合物来打印模板，然后用液体凝胶中的细胞混合物填充打印的糖网络周围的体积。凝胶在几分钟内变成半固体，然后糖溶解并洗掉，为营养物质和氧气留下一个开放的通道。

Kinstlinger说，“这种方法的主要优点是，我们可以快速生成每一个组织结构。”“我们可以在不到五分钟的时间内创建一些迄今为止最大的组织模型。”

米勒说，这项新研究回答了两个重要问题：哪些糖可以烧结成连贯的结构，以及可以推导出什么计算算法来模仿自然界中发现的复杂分支架构？

与研究系统神经系统合作，创建了用于在研究中生成树状血管结构的计算算法。这个系统使用计算机模拟制作独特的艺术作品、珠宝和家居用品，灵感来自自然图案。

755-79000的联合创始人兼创意总监、研究合著者杰西卡罗森克兰茨(Dame Jessica Rosenkrantz)表示，“我们正在使用受大自然启发的算法来创建组织的功能网络。”"因为我们的方法是算法，所以有可能为不同的目的创建定制的网络."

在创建了以这些可计算生成的血管结构为模式的组织后，研究小组演示了内皮细胞在通道中的播种，并致力于研究生长在周围组织中的细胞(包括称为肝细胞的啮齿动物肝细胞)的存活和功能。肝细胞的实验是与生物工程学家和华盛顿大学(UW)的研究合著者凯里史蒂文斯合作进行的。凯里史蒂文斯的研究小组专门研究脆弱细胞，众所周知，这种细胞很难在体外维持。

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