加利福尼亞大學舊金山分校的生物工程師正在使用3D細胞圖案技術(shù)（DNA-programmed assembly of cells，DPAC）將3D復雜的折疊形狀打印出活體組織。 這項研究可以幫助科學家創(chuàng)造出復雜和功能性的合成組織

3D打印技術(shù)已經(jīng)在讓科學家從人類或動物細胞創(chuàng)造合成組織方面取得了長足的進步。但即使是最先進的生物打印機，也往往不能成功復制根據(jù)發(fā)育規(guī)劃生長的組織的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)特征。人體組織中的自然褶皺，例如，幫助我們發(fā)揮功能的許多彈性和皺紋部位，使用3D打印機不容易復制。

在舊金山加州大學進行的新研究可能標志著組織工程學的一個重要轉(zhuǎn)折點，特別是那些難以復制的折疊結(jié)構(gòu)。大學的科學家發(fā)現(xiàn)，通過機械活動的小鼠或人類細胞（特別是間充質(zhì)細胞）對細胞外基質(zhì)纖維的薄層進行構(gòu)圖，它們能夠從活組織中產(chǎn)生碗，線圈和漣漪。

第一作者，加州大學舊金山分校博士后研究員Alex Hughes表示：“我們開始意識到，將自然發(fā)展過程分解為工程學原理是可能的，然后我們可以重新利用這些原理來建立和理解組織。 “這在組織工程中是一個全新的角度。”

該研究涉及使用稱為細胞DNA編程組裝的3D細胞圖案化技術(shù)，其可用于建立組織的空間模板。這個組織模板然后將自身折疊成復雜的形狀，模仿組織在開發(fā)過程中分層組裝的方式。

這是因為間充質(zhì)細胞有效地“牽引”在其周圍的繩狀細胞外基質(zhì)（ECM）纖維網(wǎng)絡(luò)上，導致整個結(jié)構(gòu)發(fā)生拱形或變形。

最令人興奮的是，科學家已經(jīng)牢牢掌握如何編程細胞組裝，以便操縱其折疊行為。研究人員說，通過特殊的方式安排間充質(zhì)細胞，他們能夠制造出與“簡單模型”所預測的非常相似的“形狀轉(zhuǎn)變”的活體構(gòu)建體。

高級作者Zev Gartner說：“開發(fā)已經(jīng)開始成為工程的畫布，通過將開發(fā)的復雜性分解成更簡單的工程原理，科學家們開始更好地理解并最終控制基礎(chǔ)生物學。作為“構(gòu)建復雜和功能性合成組織的奇妙底盤”。

從這里，研究人員有幾個途徑可以探索。首先，他們想知道是否可以將折疊式組織發(fā)育程序納入其他控制組織構(gòu)圖的程序中，以全面處理細胞。其次，他們希望花更多的時間來研究細胞如何分化以響應體內(nèi)組織折疊過程中發(fā)生的機械變化。

最終，這項重要的工作可能會從三維生物打印器官或用于藥物測試的微型“類器官”的任何地方產(chǎn)生連鎖反應，直到生物軟機器人的發(fā)展。

Gartner補充說：“令人驚訝的是，這個想法的效果如何，單元格的表現(xiàn)如何簡單。 “這個想法向我們展示了，當我們展示強大的開發(fā)設(shè)計原則時，從工程學的角度來看，我們可以做的只有我們的想象力。

研究人員的研究“機械組織折疊間充質(zhì)工程組織折疊”已經(jīng)發(fā)表在“發(fā)育細胞”雜志上。

延伸閱讀>>>脂肪干細胞配合3D打印技術(shù) 再造身體器官或成可能