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製造更複雜的生物組織3D結構

工程師從胚胎發育學習寫程式

2018/1/4 整理/編輯部

加州大學舊金山分校的科學家使用名為「DNA編程細胞組裝」(DNA-programmed assembly of cells)的技術來創建複雜的組織。

加州大學舊金山分校的科學家使用名為「DNA編程細胞組裝」(DNA-programmed assembly of cells)的技術來創建結構複雜的組織。(Credit : Alex Hughes)

組織工程領域已經發展到可使用3D列印來製造人體組織,如骨骼和肌肉,但是這些結構往往缺乏真實人體組織的關鍵結構特徵。因此,加州大學舊金山分校的研究團隊正在嘗試一種新的方法,試圖重建早期發育階段模板,作為基礎使細胞自行摺疊成必要的結構。

研究成果於近日刊登在《Developmental Cell》,團隊解釋,他們首先將老鼠或人類細胞製成基質纖維薄層(matrix fibers),藉由「DNA編程細胞組裝」(DNA-programmed assembly of cells, DPAC)這種精確的3D細胞建立技術來製造組織初始空間模板,使細胞薄層自行依據模板分層摺疊成複雜的碗狀、線圈狀、漣漪狀。

團隊在一份聲明中指出,這些細胞合作製造出的組織與自然發育非常相似。生物發育過程就是組織工程的老師,透過將發育的複雜性分解成簡單的工程原理,科學家們能更好地理解並控制組織生成。

第一作者、加州大學舊金山分校博士後研究員Alex Hughes表示,「我們發現將自然發育過程分解為工程學原理是可能的,因此我們利用這些原理來重建和理解組織形成的過程。」

加州大學舊金山分校的研究人員未來將持續透過研究細胞在組織發育過程中如何折疊變化和分化,來進一步發展他們的DPAC技術。

在他們的期刊文章中,他們還設想了一個以3D結構為出發的「四維處理流程」,隨著時間的推移逐漸演變成「更加定義和接近生命的結構特徵」。

由於近年3D列印和再生醫學這些新興領域的進步,組織工程學得以建立於此加速發展。在過去幾個月裡,杜克大學、波士頓大學和其他機構的科學家們也發表了人類心臟組織的研究進展。這些人類心臟組織有朝一日可以用來替代損傷的心肌。

目前超過100種3D列印醫療設備已經上市,主要由合成材料(如鈦)製成。而美國食品藥物管理局(FDA)也鼓勵這類產品能持續湧現,其中包括用3D技術製造的薄紙和藥品。

並且,FDA在12月發布了3D列印醫療產品生產的第一份技術指導原則,顯示在幫助將這些產品推向市場邁出了一大步。

FDA局長Scott Gottlieb在一份聲明中表示,指導的最終目標是「促進這些技術有效地獲得安全、有效的創新」。

更多參考:
1. https://phys.org/news/2017-12-hack-cell-biology-d-tissue.html
2. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1534580717309899

文章分類 科學要聞

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