科研進(jìn)展
蘭州化物所水凝膠軟組織器官模型研究獲新進(jìn)展
現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)中，與活體器官、動(dòng)物模型以及人體臨床試驗(yàn)相比，組織器官模型作為一種可復(fù)現(xiàn)人體器官復(fù)雜解剖結(jié)構(gòu)的物理模型，具有成本低、符合倫理道德、易于操作等優(yōu)點(diǎn)，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮了重要的輔助作用。水凝膠具有與生物體良好的柔韌性、粘彈性以及潤濕性等理化性能匹配度。因此，發(fā)展新一代的濕滑水凝膠仿生軟組織器官模型在未來生物醫(yī)學(xué)中具有重大意義。
中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所固體潤滑國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室3D打印摩擦器件研究團(tuán)隊(duì)提出了一種基于共價(jià)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和金屬配位網(wǎng)絡(luò)的雙交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)策略制備剛度可調(diào)的彈性水凝膠。研究人員借助數(shù)字光處理3D打印技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了各種結(jié)構(gòu)復(fù)雜、保真度高、粘彈性可調(diào)的濕滑水凝膠軟組織器官的一體化成型，且這些組織器官模型具有復(fù)雜的內(nèi)部流體通道和腔體結(jié)構(gòu)、血管化的組織結(jié)構(gòu)、逼真的解剖結(jié)構(gòu)等。
圖1. 粘彈性可調(diào)濕滑水凝膠仿生軟組織器官模型的制備過程
結(jié)合光固化3D打印能制造包括大腦、支氣管、肺、肝臟、心臟、胃、腎臟、腸等在內(nèi)的各種水凝膠仿生組織器官模型，這些水凝膠軟組織器官模型具有高的結(jié)構(gòu)保真度、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的腔體結(jié)構(gòu)、可灌注的微通道和異質(zhì)結(jié)構(gòu)等。此外，這些軟組織器官模型具有與人體生物組織相似的粘彈性。
圖2. 粘彈性與人體軟組織相匹配的濕滑水凝膠組織器官模型
研究人員在彈性水凝膠基質(zhì)內(nèi)還制造了各種可調(diào)管狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的流體多通道網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、曲折的仿生多支叉血管網(wǎng)絡(luò)以及不規(guī)則分叉和大小通道的仿生樹突狀血管網(wǎng)絡(luò)。
圖3. 制造的復(fù)雜流體通道網(wǎng)絡(luò)和仿生多血管網(wǎng)絡(luò)
體外模擬測試表明，與傳統(tǒng)的硅膠和聚氨酯組織器官模型相比，具有復(fù)雜曲折腦動(dòng)脈的濕滑水凝膠組織器官模型為體外模擬導(dǎo)絲介入過程中提供了優(yōu)異的水潤滑性能，具有更加接近天然血管的理化微環(huán)境和仿真結(jié)構(gòu)。
圖4. 用于模擬體外導(dǎo)絲介入的濕滑水凝膠仿生器官模型
該研究工作為發(fā)展新一代的濕滑水凝膠仿生軟組織器官模型提供了新的設(shè)計(jì)思路。同時(shí)，在體外生物醫(yī)學(xué)培訓(xùn)、醫(yī)療器械測試以及器官芯片等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。
該研究成果以“Engineering Tridimensional Hydrogel Tissue and Organ Phantoms with Tunable Springiness”為題發(fā)表在Advanced Functional Materials上。蘭州化物所博士生劉德勝為該論文第一作者，特別研究助理蔣盼博士、王曉龍研究員、劉維民院士為通訊作者。
以上研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、中科院“西部之光”交叉創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目、甘肅省科技計(jì)劃等項(xiàng)目的支持。
