科學家用樂高打造了一台可以製造出人類皮膚的3D列印機

為生物學研究尋找人體組織的樣本並不容易。目前來說，大部分的組織樣本都是通過器官捐贈或從手術過程中切除的組織中合法取得的，但現在科學家們發現它們越來越難獲得。

除了因為人體組織樣本的供應有限，在研究中許多項目所需的特定大小和類型的組織樣本的可用性也受到限制。

這就是為什麼科學家決定通過使用相對低成本、易操作的 3D 生物列印機來解決這個問題，這台新的 3D 生物列印機利用了世界上最受歡迎的玩具之一來創建人體組織樣本。

3D 生物列印技術的革新

3D 生物列印技術的出現為解決收集組織樣本的困難提供了一個解決方案。該技術涉及將含有活細胞的「生物墨水」裝入墨盒中，接著再將其裝入生物列印機中。通過撰寫程式碼後，生物列印機就會列印出含有細胞的生物墨水，形成 3D 結構，能成功複製出生物組織的複雜結構。

大多數學者的研究仍然依賴於 2D 的細胞培養物，但這個發明與在平面上生長的 2D 細胞培養物不同，因為生物列印機使科學家能夠在 3D 層面上培養出細胞，它還能更完美地複製人類生物學的複雜結構。換句話說，生物列印技術使研究人員能夠製作更具可比性的模型來研究健康和疾病的人體組織。

問題在於，正常情況下這些機器的成本高得驚人，高達數十甚至數十萬英鎊。因此無論這項技術多麼具有開創性，仍然很少有研究團隊能夠增加預算來支付這些費用。

有一個研究團隊決定開發他們自己能負擔得起的 3D 生物列印機，使用樂高積木作為硬體材料。

任何曾經玩過樂高的人都知道，與其他材料相比，樂高價格不算高且用途廣泛，而且它的製造精度非常高，是採用全球通用的標準化零件。

我們也知道樂高已經被用於傳統的 3D 列印機上。但起初該團隊仍然不確定，他們是否可以採用樂高 3D 列印機的基本概念——用塑膠列印固體 3D 結構——並設計出可以列印生物材料的列印機。

所有的輸出必須保持精確、可靠和穩定才能在實驗室中使用。

該研究團隊在英國卡迪夫大學 (Cardiff University) 實驗室的一個角落裡，使用標準規格的樂高積木、樂高的機械子品牌 Lego Mindstorms 、和實驗室幫浦（一種研究實驗室中常見的設備），嘗試開發出經濟實惠的高規格生物列印機：一個由工程師和生物學家們組成的團隊共同設計、建構和編撰程式碼的生物列印機。

目前他們的生物列印機仍處於起步階段，其建造成本為 500 英鎊（624 美元），但已經達到生產精細生物材料所需的精確水準，而且它執行此操作的方法非常簡單。

該設備的核心是一台迷你 Lego Mindstorms 電腦。這個裝置在擠壓充滿細胞的凝膠時，自動上下移動噴嘴，並且同時前後移動培養皿，使充滿細胞的凝膠狀物質能規律地落到培養皿上。

這個運作模式使細胞層層疊加，逐層複製出人體組織的 3D 結構。

該生物列印機現在正被用於創建皮膚細胞層，嘗試製作出一個完整的皮膚模型。它還可以通過使用不同類型的噴嘴來列印不同類型的細胞，建構出各種複雜結構的組織樣本。

這是一個很大的進步，它可以模仿健康和患病的皮膚，觀察現有的治療方法，並設計新的療法來治療各種皮膚疾病。

實驗室的未來展望

這個生物列印機不僅可以製作出精確的人體皮膚模型，還可以將病變細胞添加到機器生產的健康模型中。這將使團隊能夠研究皮膚狀況如何發展，並且分析健康細胞和患病細胞如何相互作用，讓我們能了解皮膚疾病的詳細狀況，以及如何開發潛在的治療方法。

該研究團隊發布了他們如何打造樂高 3D 生物列印機的細節，並提供了關於此設備明確的設計說明，讓在世界上任何地方的實驗室都有機會能重建這台特殊的 3D 生物列印機。

團隊人員表示：「在研究經費如此緊縮的時候，我們提供了一種開源、容易獲得且負擔得起的替代品，以替代原本超出大多數研究人員預算的重要設備。」

「我們希望這台樂高生物列印機有助於讓研究人員進行更多突破性的研究，一切的最終目的都是為了讓我們能更多地去理解生物學，並且進一步改善人類健康問題。」

本文根據創用CC授權條款從 The Conversation 轉載。

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資料來源：

1. Coulman, S., Thomas, C., & Castell, O. (27 April 2023). Scientists Built a Machine From Lego That Can Grow Human Skin. ScienceAlert
2. Coulman, S., Thomas, C., & Castell, O. (26 April 2023). We built a human-skin printer from Lego and we want every lab to use our blueprint. The Conversation
3. 圖片來源：https://www.sciencealert.com/scientists-built-a-machine-from-lego-that-can-grow-human-skin