150多年以來(lái)，人們已經(jīng)知道癌細(xì)胞可以侵入病發(fā)部位從而引起腫瘤，但是要預(yù)測(cè)癌細(xì)胞生長(zhǎng)的確切軌跡顯然難度較大。醫(yī)生們目前無(wú)法提早定位和治療癌癥病灶，這也使得病情非常難以控制。美國(guó)LLNL（勞倫斯·利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室）的研究人員將3D生物打印與計(jì)算機(jī)流程模擬相結(jié)合，以更好地了解癌細(xì)胞在患者身體內(nèi)的擴(kuò)散。

癌細(xì)胞聚集在3D打印的血管結(jié)構(gòu)中的模擬圖

在現(xiàn)有的有關(guān)癌變的大量研究都涉及計(jì)算機(jī)建模，如果證明正確，那么能夠成功模擬血管幾何形狀和組織順應(yīng)性是關(guān)鍵之一。盡管驗(yàn)證方法通常僅限于使用微流體設(shè)備，但這些設(shè)備并不具有管狀通道或血管順應(yīng)性。并且微流體設(shè)備缺少循環(huán)腫瘤細(xì)胞可用的全部附著位點(diǎn)，并且它們的幾何形狀無(wú)法在模型之間精確復(fù)制。

為了克服現(xiàn)有微流體設(shè)備的局限性，LLNL團(tuán)隊(duì)利用3D打印機(jī)開發(fā)了一種基于水凝膠的血管流動(dòng)設(shè)備。研究人員通過(guò)3D打印機(jī)對(duì)生物膜水進(jìn)行圖案化，并將其嵌入到明膠纖維蛋白水凝膠中，然后排空通道并注入生化內(nèi)腦內(nèi)皮細(xì)胞，形成血管樣組織。

3D打印血管結(jié)構(gòu)與真實(shí)人腦組織有相同的儲(chǔ)能模量

盡管使用它們的水凝膠可以實(shí)現(xiàn)多種血管幾何形狀，但研究人員最初選擇制造簡(jiǎn)化的直形和分支幾何形狀。通過(guò)從基本結(jié)構(gòu)入手，該團(tuán)隊(duì)旨在根據(jù)測(cè)試過(guò)程中的許多連續(xù)小變化得出更廣泛的結(jié)論。血管總的說(shuō)來(lái)是小動(dòng)脈的大小，有兩個(gè)45°的分層分支點(diǎn)，子血管直徑越來(lái)越小。

從測(cè)試中可以發(fā)現(xiàn)，該凝膠的最終儲(chǔ)能模量與人腦組織中報(bào)告的儲(chǔ)能模量相似，因此非常適合測(cè)試CTC附著的可能性。過(guò)濾轉(zhuǎn)移性乳腺癌細(xì)胞，使其以1690μl/ min的平均流速循環(huán)通過(guò)生物打印裝置1小時(shí)。然后將設(shè)備固定，染色和成像以確定CTC的連接位置。

基于他們的發(fā)現(xiàn)，研究人員認(rèn)為使用計(jì)算機(jī)模型確定癌細(xì)胞如何擴(kuò)散到遠(yuǎn)處器官。并且3D打印的模型對(duì)于臨床實(shí)驗(yàn)具有一定價(jià)值，其最終目的就是尋找與致命疾病作斗爭(zhēng)的方法。

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