器官移植關鍵!國衛院以幹細胞結合 3D 列印打造「預血管化組織」

作者 | 發布日期 2022 年 03 月 21 日 10:53 | 分類 生物科技 , 醫療科技 Telegram share ! follow us in feedly


國衛院細胞及系統醫學研究所所長林秀芳與清大化學工程學系副教授王潔帶領合作研究團隊,共同開發出結合幹細胞與 3D 列印支架的高通透性「預血管化組織構建體」,研究成果已提出專利合作條約(PCT)與中華民國專利申請,並在 2021 年 7 月刊登在國際期刊《Biofabrication》。

現代醫學科技持續進步,但要修復或取代已失去功能的器官仍十分困難,如何使受損或失去的人體組織再生,以解決器官移植的問題,讓再生醫學領域更具多元的醫療應用性,組織工程與再生醫學相關研究帶來一線曙光。

團隊在研發過程常因欠缺足夠的血管細胞或缺少合適的生物支架,導致內部物質的傳遞極受擴散性的影響,限制複雜的生物組織建構,因此如何預先建立精準血管網路系統是發展人造器官上極其重要的課題。

研究首要克服血管細胞數量稀少,以及來源取得不易的難題,團隊運用幹細胞(stem cell)特性將其增殖,並分化成血管前趨細胞,接續誘導成血管內皮細胞並鑑定其相關性質,同時有鑑於傳統製備細胞培養支架的方法較難控制支架的精細結構,導致產生過多的孔隙或可供細胞附著的表面積不足。

因而團隊採用可光固化,兼具生物相容性與降解性的高分子材料「聚癸二酸甘油酯丙烯酸 poly (glycerol sebacate) acrylate, PGSA」,配合新興 3D 列印技術,以六角微米邊框搭配旋轉階梯式構想,並改良加上側邊的孔洞,提升細胞貼附面積同時,增加垂直與水平通透率,藉此提供一個高細胞貼附率與高通透性的微環境。

研究發現優化後的 PGSA,相較其它候選的生物材料,更具備促進血管前趨細胞分化成血管內皮細胞的能力,並進一步結合幹細胞分化後的血管前趨細胞與 3D 列印 PGSA 立體支架經誘導成血管內皮細胞程序,建構出「預血管化組織構建體」。

治療缺血性創傷動物實驗發現,移植構建體在與受傷部位組織結合後,以非侵入式雷射散斑對比影像分析,顯示移植部位有血流蓄積情形,並由組織化學染色進一步證實移植,構建體相較於其它組別,能顯著促進受損部位的血管生成。

「預血管化組織構建體」提供一個血管新生的新穎技術,可幫助如糖尿病周邊血管阻塞或其他缺血性疾病治療,未來可成為體外不同組織或器官工程所需的血管系統,並與其它種類細胞進行搭配開發出人造組織或器官,做為藥物測試或器官移植用,讓再生醫學領域更具多元的醫療應用性。

(首圖來源:國衛院)