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國衛院研究:幹細胞結合3D列印技術打造預血管化組織

國衛院今日舉行記者會發布研究成果,國衛院細胞系統所所長林秀芳(左起):、清大化工所副教授王潔、國衛院細胞系統所蔣偉程博士後研究員與國衛院院長梁賡義合照。國衛院/提供
國衛院今日舉行記者會發布研究成果,國衛院細胞系統所所長林秀芳(左起):、清大化工所副教授王潔、國衛院細胞系統所蔣偉程博士後研究員與國衛院院長梁賡義合照。國衛院/提供

國家衛生研究院今(21)日宣布,該院細胞及系統醫學研究所所長林秀芳研究員、與國立清華大學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3D列印支架之高通透性「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,於2021年7月刊登在國際期刊《Biofabrication》。

國衛院表示,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,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有機會為此帶來一線曙光。然在研發過程中,經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,限制了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之課題。

國衛院這次公布的研究成果,首要克服血管細胞數量稀少以及來源取得不易之難題,團隊運用幹細胞特性,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。

因此,研究團隊採用可光固化兼具生物相容性與降解性之高分子材料—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之孔洞,不僅提升細胞貼附面積同時亦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之微環境。

在研究過程中發現,優化後的PGSA相較於其它候選之生物材料,更具備了促進血管前趨細胞分化成血管內皮細胞之能力,於是進一步結合幹細胞分化後之血管前趨細胞、與3D列印之PGSA立體支架,經誘導成血管內皮細胞之程序,建構出「預血管化組織構建體」。

在治療缺血性創傷動物實驗發現,移植此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,且由組織化學染色進一步證實移植此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,不僅可幫助如糖尿病周邊血管阻塞、或其他缺血性疾病之治療,未來亦可成為體外不同組織或器官工程所需之血管系統,並與其它種類細胞進行搭配開發出人造組織或器官,作為藥物測試或器官移植之用,讓再生醫學領域更具多元的醫療應用性。

3D列印 幹細胞

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