科技日報記者 張夢然

　　美國賓夕法尼亞州立大學(xué)的一個跨學(xué)科團(tuán)隊取得一項突破：他們在將細(xì)胞編程后，利用基因開關(guān)技術(shù)，讓3D打印的骨組織能夠自主生成新的血管。這項成果為治療嚴(yán)重創(chuàng)傷或感染導(dǎo)致的骨缺損帶來了新希望。相關(guān)論文發(fā)表在新一期《化學(xué)工程期刊》上。

　　骨組織再生面臨的最大挑戰(zhàn)之一，是如何讓新生組織內(nèi)部形成血管網(wǎng)絡(luò)。沒有血液供應(yīng)，厚實的骨骼組織無法存活和正常生長。傳統(tǒng)方法在促進(jìn)血管化方面效果有限。

　　研究團(tuán)隊采用了一種名為“吸入輔助生物打印”的先進(jìn)技術(shù)。該技術(shù)能將微小的活細(xì)胞團(tuán)——球體，精準(zhǔn)放置在水凝膠支架的指定位置上。這種精確操控使得細(xì)胞能夠均勻分布，從而保證組織再生的一致性。

　　為了讓這些球體具備不同功能，研究團(tuán)隊從商業(yè)渠道獲取未分化的干細(xì)胞，并向其中引入了兩種特定的基因調(diào)控分子：miR-148b和miR-210。這兩種分子如同基因開關(guān)，前者能引導(dǎo)細(xì)胞向成骨方向分化，后者則負(fù)責(zé)啟動血管生成程序。

　　經(jīng)過幾天的培養(yǎng)，這些編程過的細(xì)胞被組裝成球體，再通過3D打印嵌入凝膠支架。在隨后的28天里，細(xì)胞在支架內(nèi)逐步成熟、分化，最終形成了具備骨骼和血管雙重功能的組織結(jié)構(gòu)。

　　動物實驗驗證了這一方法的有效性。在免疫缺陷小鼠的骨缺損模型中，未給予任何治療，六周后骨組織僅恢復(fù)了約35%的面積；而植入不含特殊球體的空白支架后，恢復(fù)面積提升到了93%。當(dāng)使用攜帶兩種基因開關(guān)的混合球體時，效果更為顯著，不僅骨組織覆蓋面積更大，血管內(nèi)皮標(biāo)志物CD31的表達(dá)也明顯升高，表明新血管生成更加活躍。

　　研究團(tuán)隊認(rèn)為，不同功能的球體之間可能存在協(xié)同作用，共同促進(jìn)了骨骼和血管的整體生長。團(tuán)隊下一步計劃在更大的動物模型中進(jìn)一步探索這種協(xié)同機制，并評估血管生成是否會對骨組織生長產(chǎn)生負(fù)面影響。

　　這項技術(shù)目前主要面向因癌癥、感染或嚴(yán)重外傷導(dǎo)致的大范圍骨缺損患者，并不適用于普通的骨折治療。由于所用材料均已實現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)，這項技術(shù)具備良好的可推廣性，有望在未來加速走向臨床應(yīng)用。

　　總編輯圈點

　　再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有道難以逾越的坎，那就是讓植入體內(nèi)的新組織長出屬于自己的血管網(wǎng)。過去的植入材料往往是“被動”的，只能等待周圍血管緩慢長入，很容易因缺血而壞死。如今，科學(xué)家相當(dāng)于給細(xì)胞提前設(shè)定了成長指令，讓原本“死”的材料變成會自我完善的“活”組織。其實，這一思路的應(yīng)用很可能超越骨科。未來，肌肉、軟組織乃至更復(fù)雜器官的構(gòu)建，都可能從中受益。而且所用原料均已商業(yè)化，沒有復(fù)雜的壁壘，這意味著它從實驗室走向手術(shù)臺的門檻被大幅降低，有望更快造福患者。