美国科学家使用3D打印了解癌症


150多年以来,人们已经知道癌细胞可以侵入病发部位从而引起肿瘤,但是要预测癌细胞生长的确切轨迹显然难度较大。医生们目前无法提早定位和治疗癌症病灶,这也使得病情非常难以控制。美国LLNL(劳伦斯·利弗莫尔国家实验室)的研究人员将3D生物打印与计算机流程模拟相结合,以更好地了解癌细胞在患者身体内的扩散。

在现有的有关癌变的大量研究都涉及计算机建模,如果证明正确,那么能够成功模拟血管几何形状和组织顺应性是关键之一。尽管验证方法通常仅限于使用微流体设备,但这些设备并不具有管状通道或血管顺应性。并且微流体设备缺少循环肿瘤细胞可用的全部附着位点,并且它们的几何形状无法在模型之间精确复制。

为了克服现有微流体设备的局限性,LLNL团队利用3D打印机开发了一种基于水凝胶的血管流动设备。研究人员通过3D打印机对生物膜水进行图案化,并将其嵌入到明胶纤维蛋白水凝胶中,然后排空通道并注入生化内脑内皮细胞,形成血管样组织。

尽管使用它们的水凝胶可以实现多种血管几何形状,但研究人员最初选择制造简化的直形和分支几何形状。通过从基本结构入手,该团队旨在根据测试过程中的许多连续小变化得出更广泛的结论。血管总的说来是小动脉的大小,有两个45°的分层分支点,子血管直径越来越小。

从测试中可以发现,该凝胶的最终储能模量与人脑组织中报告的储能模量相似,因此非常适合测试CTC附着的可能性。过滤转移性乳腺癌细胞,使其以1690μl/ min的平均流速循环通过生物打印装置1小时。然后将设备固定,染色和成像以确定CTC的连接位置。

基于他们的发现,研究人员认为使用计算机模型确定癌细胞如何扩散到远处器官。并且3D打印的模型对于临床实验具有一定价值,其最终目的就是寻找与致命疾病作斗争的方法。

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