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如何大量生产你自己的器官

主要图像由Andrew Brumagen。

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科学家正在打印微小的人体器官- - - - - -每小时数千-测试可以治疗COVID-19的新药。

为什么这是一个很重要的问题:测试新药可能是一个相当漫长的过程——平均而言,这需要时间10年26亿美元。通常情况下,科学家必须先在培养皿和实验室老鼠中研究这种药物,然后才能在人类身上进行试验。(只有千分之一的药物从实验室出来,进入人体试验。)虽然这有助于确保安全,但也可能很耗时。时间是宝贵的,特别是在大流行期间。

微小的人体器官然而,实验室制造为科学家提供了一种方法跳过动物试验然后直接在人体组织上研究这些药物——有可能让患者更快地获得新的救命药物。

打印数以千计的微型器官意味着我们可以在多种不同的治疗方案上,为你进行大型的、统计意义重大的药物试验。

COVID-19以外的个性化医疗:Mini-organs也可能迎来个性化医疗的新时代。人类是独一无二的,不同的人对药物的反应也不同。但如果科学家能打印出你的他们可以观察某种药物对你的特定健康问题是否有效。如果他们可以打印成千上万在这些小型器官中,他们可以进行大型的、统计意义重大的药物试验——仅针对你——可能针对多种不同的治疗选择。

科学家们也希望这些复制品最终能够被放置内部一个人,消除了需要器官捐赠者。由于复制的器官可以由人体自己的细胞制成,所以器官排斥(当接受者的免疫系统将新器官视为外来入侵者并试图攻击它时)不会成为问题。它还可以用来长新皮肤,这对烧伤患者、骨骼、软骨甚至血管都至关重要。

它是如何工作的:生物打印是打印这些器官的方法,与3D打印类似——但科学家使用的不是塑料或金属,而是干细胞和其他生物材料(当封装在“水凝胶”中时)充当“墨水”。

就像任何一种打印一样,你需要一个东西来打印生物墨水——在这种情况下,它会继续生长。生物打印的基础通常是由生物可降解材料制成的支架。然后,生物墨水一层一层地打印到支架上——就像蛋糕一样!

不需要手术:通常,任何在一个病人需要开刀手术。但最近的一项研究表明,生物打印的身体部位可能没有那么多。一个国际科学家团队用软骨细胞制造了生物墨水,然后将其注射到老鼠的皮肤下。利用近红外光和巧妙的基因工程,科学家们能够提供指令让细胞生长成耳朵,而不需要开一个切口。(是的,有点奇怪和恐怖的老鼠,但可能有用的需要修理耳朵的人。)

感染小器官:我们仍然不太了解COVID-19对特定器官的影响,但几个研究小组希望这些微型器官可以为我们提供更好的了解。波士顿的研究人员感染mini-lungs研究人体对这种疾病的反应,希望了解为什么COVID-19导致一些患者死亡而不是其他人。五月,一个国际研究团队使用mini-organs了解血管和肾脏是如何受到影响的。威克森林大学的一个团队也在制造微型肺——以及微型结肠——来测试新的治疗方法。

挑战:这些微型器官的终极目标是能够根据需要进行生物打印,用于人体内部,而我们离这一目标还需要几年的时间。人体极其复杂,能够以精确的姿势复制人体很多的挑战-首先,如果科学家们想要将这一过程扩大到医疗用途,打印机必须变得更快、更准确。第二,我们不确定这些打印出来的结构一旦植入人体,是否能够在一段时间内保持其结构。另外,目前使用的一些支架材料可能会引发人体的免疫反应。生物墨水材料的选择也很有限——科学家必须找到合适的混合材料,既要能降解,又不会造成健康问题,而且要足够坚固,能保持结构的完整性。

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