器官移植供需失衡仍是全球醫(yī)療領(lǐng)域的核心難題：需求量持續(xù)遠(yuǎn)超可用供給。截至2024年初，法國(guó)器官移植等待名單已登記近2.2萬(wàn)例，部分患者歷經(jīng)數(shù)年等待仍無(wú)法獲得適配器官。面對(duì)供體短缺與移植排斥風(fēng)險(xiǎn)，再生醫(yī)學(xué)正探索創(chuàng)新路徑——通過(guò)患者自身細(xì)胞構(gòu)建定制化器官，以期更高效滿足臨床需求。

    斯坦福大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)近期取得關(guān)鍵突破：開(kāi)發(fā)出可高精度、快速構(gòu)建血管網(wǎng)絡(luò)的3D打印技術(shù)，為個(gè)性化器官制造解決了核心障礙之一。

    復(fù)雜血管重建的技術(shù)突破

    器官功能的實(shí)現(xiàn)依賴(lài)于精密的血管網(wǎng)絡(luò)：血液需從主干血管分支至微米級(jí)毛細(xì)血管，為細(xì)胞提供養(yǎng)分。細(xì)胞存活需與毛細(xì)血管保持極短距離（部分器官要求低于發(fā)絲直徑），例如心臟組織的一立方毫米區(qū)域內(nèi)可能分布著超過(guò)2500條毛細(xì)血管，且這些微小血管在離開(kāi)器官前已形成復(fù)雜的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。由于器官形態(tài)高度個(gè)性化，構(gòu)建適配的血管系統(tǒng)既復(fù)雜又耗時(shí)。此前研究多采用標(biāo)準(zhǔn)化血管模型，雖適用于小型組織，但難以滿足大型復(fù)雜器官的需求。

    斯坦福團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的新型3D打印方法可精準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)器官血管的自然拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，且打印速度較傳統(tǒng)工藝顯著提升。該系統(tǒng)通過(guò)算法將血管模型直接轉(zhuǎn)換為3D打印機(jī)可識(shí)別的指令，其核心在于集成至開(kāi)源軟件SimVascular中的優(yōu)化算法。該算法可生成與真實(shí)器官血管高度契合的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通過(guò)流體動(dòng)力學(xué)模擬確保血流正常、避免血管交叉，并形成具有單一入口/出口的閉合回路，同時(shí)將設(shè)計(jì)周期從數(shù)月縮短至數(shù)小時(shí)。

    "我們成功在五小時(shí)內(nèi)完成了完整人體心臟供血系統(tǒng)的數(shù)字模型構(gòu)建，其中每個(gè)細(xì)胞與血管的距離控制在100-150微米范圍內(nèi)，這一精度在業(yè)內(nèi)尚屬首次，"博士后研究員、論文共同資深作者ZacharySexton介紹道。該模型包含約一百萬(wàn)條血管分支，遠(yuǎn)超此前研究的規(guī)模。盡管當(dāng)前3D打印機(jī)尚無(wú)法完全復(fù)現(xiàn)超精細(xì)血管網(wǎng)絡(luò)，但團(tuán)隊(duì)已成功打印包含500個(gè)分支的實(shí)體模型，并通過(guò)整合人類(lèi)腎臟細(xì)胞驗(yàn)證了更簡(jiǎn)單版本的功能性——利用生物打印機(jī)將營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)導(dǎo)入25條微小血管分支，成功維持了鄰近區(qū)域大量細(xì)胞的存活狀態(tài)。

    從結(jié)構(gòu)到功能的迭代升級(jí)

    需明確的是，當(dāng)前構(gòu)建的血管網(wǎng)絡(luò)仍屬于物理通道，尚未具備生物活性血管的特征。"這是邁向復(fù)雜血管網(wǎng)絡(luò)功能化的重要起點(diǎn)，"博士后研究員、論文共同第一作者DominicRütsche強(qiáng)調(diào)，"我們已實(shí)現(xiàn)前所未有的結(jié)構(gòu)復(fù)雜度，但距離生理級(jí)血管仍有差距。團(tuán)隊(duì)正致力于賦予這些網(wǎng)絡(luò)真正的血管功能，同時(shí)探索更精細(xì)血管的自然生成機(jī)制，并持續(xù)提升生物打印機(jī)的速度與精度。"

    這項(xiàng)研究不僅為個(gè)性化器官制造提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐，更可能推動(dòng)組織工程、藥物篩選及疾病模型構(gòu)建等領(lǐng)域的革新。隨著血管網(wǎng)絡(luò)功能化的逐步實(shí)現(xiàn)，基于患者自身細(xì)胞的定制化器官移植或?qū)膶?shí)驗(yàn)室走向臨床應(yīng)用。