(圖:VitaFoodInsight)

巴西聖保羅大學(University of São Paulo)人類基因組與幹細胞研究中心的研究團隊,日前成功以 3D 列印的方式製造出微型肝臟,而且具有部分肝臟的重要功能,可產生重要的蛋白質、儲存維他命及分泌膽汁。整個培育過程約 90 天,雖然仍不是完整的肝臟器官,但研發團隊所使用的培育方法有望加速此領域的發展。

3D 列印

雖在過去研究中,也有團隊成功以 3D 列印開發出人工肝臟,但細胞能維持肝臟功能的時間都較短暫。在此研究中,團隊結合了細胞重編程(cell reprogramming)、誘導性多能幹細胞(pluripotent stem cell)與 3D 列印的技術,使培養出來的微型人工肝臟能夠維持較久的功能性。該研究嶄新之處在先將細胞以特殊技術團聚成球體,接著才將該團聚的細胞球體印出,以此克服了生物細胞列印中常見的問題——細胞間逐漸失去接觸而失去功能性。

培育過程

根據研究團隊表示,整個培育過程共約 90 天,可分為三個階段:分化(differentiation)、列印與成長。在分化階段時,會先將血球細胞重新編程為誘導性多能幹細胞,然後分化成各種類型的肝臟細胞,如肝細胞(hepatocytes)、血管細胞(vascular cells)、間充質細胞(mesenchymal cells),並在此時團聚成列印所需的球體。接者與水膠狀的液體混合後進行列印,培養 18 天待其成長完成。

此論文的第一作者,埃內斯托·古拉特博士(Ernesto Goulart)補充:「在列印的過程中,團聚球體細胞必須沿著三軸方向堆疊,才能確保人工肝臟能夠擴充體積來維持組織間的接觸。而實驗中所使用的水膠狀生物墨水也能在組織結構中產生交聯,藉此更進一步強化組織的架構強度。」

成果與未來發展

在實驗中,團隊使用了三名志願者的血液細胞來培育微型人工肝臟,並以細胞間接觸的維持性與蛋白質的產生、釋放能力作為評估標準。古拉特博士表示:「以團聚球體細胞列印出的器官比起分散式的單一細胞所列印出的器官成果來得好。如預期一樣,在整個成長過程中,肝臟的功能沒有因細胞失去接觸而逐漸消失。」

雖然該研究仍未培育出完整人工肝臟,但其技術有望更進一步發展,開發出能用於器官移植的器官列印技術。古拉特博士也補充:「雖然我們的研究規模仍相當小,但只要有足夠的資金與熱忱,要擴大此技術的應用規模是非常容易的。」。

參考資料:

  1. Ziegler, M. F. (2019, December 17). Researchers create functional mini-liver by 3D bioprinting. AgenciaFapesp
  2. Goulart, E., Caires-Junior, L. C. D., Telles-Silva, K. A., Araujo, B. H. S., Rocco, S. A., Sforca, M., … Zatz, M. (2019). 3D bioprinting of liver spheroids derived from human induced pluripotent stem cells sustain liver function and viability in vitro. Biofabrication12(1), 015010. doi: 10.1088/1758-5090/ab4a30
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