新技術構建肝臟模型取得進展

近日，北京協和醫院肝臟外科團隊攜手多家研究機構，在人工肝臟領域取得兩項突破性進展。團隊使用懸浮打印技術和全息晶格聲鑷技術，構建了帶有肝臟靜脈結構的新型人工肝臟，以及在活性和功能方面更具優勢的肝臟組織模型，為肝臟移植替代供體探索了潛在路徑，讓組織工程技術更快捷高效成為可能。上述兩項研究成果以原創性論著的形式發表于《生物材料》。

近年來，包括類器官、微流控芯片、3D生物打印在內的體外組織工程技術已經成為再生醫學的重要發展方向，并成熟應用于平面和管狀組織的構建，但這些技術也存在著各自的局限性。類器官和微流控芯片多適用于小尺寸、微模型組織的構建，難以模擬高級別的器官功能；3D生物打印雖然可以構建較大尺寸的仿生組織結構，但其“擠出式”打印方式容易對組織造成損傷，打印速度和分辨率也難以滿足大規模、高精度的需求。人體器官的功能和結構極為復雜，以人體最大的器官——肝臟為例，成人肝臟由大約50萬—100萬個六邊形結構的肝小葉所組成，約一萬億個細胞和致密交錯的血管及膽管網絡行使著代謝、合成、解毒等500多項重要功能。如何構建具有活性組織功能的血管網絡，如何讓人工肝臟具備功能，如何確保人工肝臟的正常尺寸？

北京協和醫院肝臟外科教授毛一雷、楊華瑜團隊攜手牛津大學生物醫學工程研究所/牛津大學高等研究院 (蘇州) 葉華團隊、中國醫學科學院生物醫學工程研究所/天津醫學健康研究院黃鵬羽團隊，以“全向懸浮打印基質網絡”為支持介質，成功打印出具有靜脈結構的人工肝臟（HEALs）。研究人員將HEALs移植到小鼠體內，兩周后可以觀察到移植物的血管新生。

與傳統3D打印肝臟相比，HEALs實現了厘米級組織構建，并在肝功能表達、移植后血管新生方面表現出顯著優勢，為藥物篩選、基礎研究、肝臟移植物替代探索出一條潛在途徑。

同期，毛一雷、楊華瑜團隊與中國科學院深圳先進技術研究院醫工所李飛、鄭海榮團隊還合作開展了利用“全息晶格聲鑷”技術構建體外仿生3D肝臟模型的研究。

全息聲鑷技術是運用聲學手段捕獲、組裝、移動和篩選細胞的一項技術，研究團隊形象地將其比喻為“隔空取物”。但將其應用于生物模型構建領域，仍存在兩大局限：一是僅能創建線型輪廓圖案，限制了其制造生物模型結構的靈活性；二是尚不明確使用該技術對細胞的生物活性與功能的影響。

對此，研究團隊進行了針對性調整，使之更加“智能”。團隊發現，與傳統3D培養模型相比，全息晶格聲鑷作用后的原代肝細胞在1分鐘內就可以生成大量自組裝的肝細胞球狀體，不僅速度快，而且體外培養后肝細胞球狀體的直徑顯著增加，蛋白合成代謝、糖代謝、解毒等核心功能也顯著增強。團隊表示，“全息晶格聲鑷”技術具有非接觸、無損傷、精確靈活、圖案化過程迅速等獨特優勢，在構建體外3D模型方面展現出了巨大潛力。

相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2024.122681

 https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2024.122691