高等生物或机器受伤后能自我修复,是科幻作品常见的设定。
《魔鬼终结者》的 T-1000 机器人,身体由液态金属构成,被破坏后能自己恢复。
《X 战警》金刚狼的突变能力,让他可在短短几秒再生受损组织。
《全面进化》的科学家威尔,利用奈米技术修复人体受伤部分。
科幻作品的呈现,都是无需外科手术、在人体内自我修复,离现实依旧遥远,但借助科学手段,能一定程度达成组织重生。
《Science》子刊《Science Advances》近日刊登论文《Noninvasive in vivo 3D bioprinting》(无创体内 3D 生物打印)。实验结果表明,研究者成功达成在体内 3D 打印器官。
3D 生物打印技术用于修复组织和器官,是临床医学的趋势,但通常还要进行外科手术。一是体外完成 3D 打印,手术植入体内。二是透过外科手术开刀,再 3D 打印需要物品。
这些 3D 生物打印方式,难以满足特定临床应用。比如皮肤下内伤,外科手术的创伤会损坏组织,引起继发性伤害。对整形外科,手术留下伤疤会影响外观。无创 3D 生物打印正是解决方法。
论文研究者借助数位显微镜、近红外线和“生物墨水”,在小鼠身上成功达成体内 3D 打印人耳朵。
首先,研究者会注射“生物墨水”到小鼠背部。这种“墨水”实际上是水凝胶颗粒和软骨细胞的组合。接着,透过控制电脑把自订耳朵形状模型,传送到数位显微镜装置(Digital Micromirror Device)。
▲ 无创 3D 生物打印流程。
然后借助近红外线,把数位显微镜装置的耳朵形状图案,投射到“生物墨水”上。墨水包含奈米触发剂,能引发光聚反应,水凝胶颗粒会黏在一起,并一层层发展出耳朵结构。
一个月后,软骨细胞就会围着水凝胶结构长出来,最终越来越像真人耳朵的软骨形状。实验时小鼠没有重大发炎或其他副作用。
研究结果验证,在有机体内无创 3D 生物打印可行。
▲ 图 G 为无创 3D 生物打印构建的耳朵。
这种技术可用于治疗小耳症。小耳症又称先天性耳道闭锁,症状为出生时耳朵比较小,且没有外耳道。
每个地区的小耳症流行率不同,按每 1 万名新生儿计算,最低地区平均有 0.83 名患小耳症,最高的地区(亚洲)有 17.4 名。
通常治疗小耳症需进行外科手术,把人工打造的外耳植入患者的外耳部位。如上述,外科手术可能会引起其他创伤,颇适合使用无创体内 3D 生物打印技术。
研究人员表示,除了小耳症,还可能用于修复鼻子、手指、脚趾或手肘等受损软骨。但髋关节和膝关节深部软骨缺损很难修复,因为近红外线通常只能穿透约 2 公分人体组织。
这项研究的长远目标,是希望修复心脏或肺等其他受损器官。这比修复软骨困难得多,因心脏和肺部含更多细胞种类,所处位置更深,且会不断运动。
- Human-like ears 3D-printed inside mice as surgery-free spare parts
(本文由 PingWest 授权转载;首图来源:pixabay)
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