科学家设了个开关,让3D打印骨组织长出新血管!
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2026-08-31 15:31:37
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美国宾夕法尼亚州立大学的一个跨学科团队取得一项突破:他们在将细胞编程后,利用基因开关技术,让3D打印的骨组织能够自主生成新的血管。这项成果为治疗严重创伤或感染导致的骨缺损带来了新希望。相关论文发表在新一期《化学工程期刊》上。

骨组织再生面临的最大挑战之一,是如何让新生组织内部形成血管网络。没有血液供应,厚实的骨骼组织无法存活和正常生长。传统方法在促进血管化方面效果有限。

研究团队采用了一种名为“吸入辅助生物打印”的先进技术。该技术能将微小的活细胞团——球体,精准放置在水凝胶支架的指定位置上。这种精确操控使得细胞能够均匀分布,从而保证组织再生的一致性。

为了让这些球体具备不同功能,研究团队从商业渠道获取未分化的干细胞,并向其中引入了两种特定的基因调控分子:miR-148b和miR-210。这两种分子如同基因开关,前者能引导细胞向成骨方向分化,后者则负责启动血管生成程序。

经过几天的培养,这些编程过的细胞被组装成球体,再通过3D打印嵌入凝胶支架。在随后的28天里,细胞在支架内逐步成熟、分化,最终形成了具备骨骼和血管双重功能的组织结构。

动物实验验证了这一方法的有效性。在免疫缺陷小鼠的骨缺损模型中,未给予任何治疗,六周后骨组织仅恢复了约35%的面积;而植入不含特殊球体的空白支架后,恢复面积提升到了93%。当使用携带两种基因开关的混合球体时,效果更为显著,不仅骨组织覆盖面积更大,血管内皮标志物CD31的表达也明显升高,表明新血管生成更加活跃。

研究团队认为,不同功能的球体之间可能存在协同作用,共同促进了骨骼和血管的整体生长。团队下一步计划在更大的动物模型中进一步探索这种协同机制,并评估血管生成是否会对骨组织生长产生负面影响。

这项技术目前主要面向因癌症、感染或严重外伤导致的大范围骨缺损患者,并不适用于普通的骨折治疗。由于所用材料均已实现商业化生产,这项技术具备良好的可推广性,有望在未来加速走向临床应用。

【总编辑圈点】

再生医学领域有道难以逾越的坎,那就是让植入体内的新组织长出属于自己的血管网。过去的植入材料往往是“被动”的,只能等待周围血管缓慢长入,很容易因缺血而坏死。如今,科学家相当于给细胞提前设定了成长指令,让原本“死”的材料变成会自我完善的“活”组织。其实,这一思路的应用很可能超越骨科。未来,肌肉、软组织乃至更复杂器官的构建,都可能从中受益。而且所用原料均已商业化,没有复杂的壁垒,这意味着它从实验室走向手术台的门槛被大幅降低,有望更快造福患者。

科技日报记者 张梦然

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