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有了人体器官的透明图谱,3D打印人体器官的时代将到来?

造就 · 2020-04-26
数十万人面临器官捐献的严重短缺。对人体器官细胞结构的详细了解使我们向按需制造人体的功能器官又迈进了一大步

编者按:本文来自微信公众号“造就”(ID:xingshu100),作者:黄一成,36氪经授权发布。

研究人员首次成功地使完整的人体器官透明化。

他们利用显微成像技术,揭示了细胞水平上透明器官的复杂底层结构。由此生成的器官图可用作3D生物打印技术的模板。将来,这项技术可能为许多有需要的病人按照他们的需求生产人工器官。

这项研究的结果发表在《细胞》杂志上。

透明的人脑影像图

在生物医学研究中,“眼见为实”。由于缺乏在细胞水平上对器官成像的技术,破译人体器官的结构复杂性一直是一个重大挑战。在此前,研究人员已经获得了透明小鼠器官在细胞水平上的完整3D视图,但该方法并不适用于人体器官。

由于不溶性分子的积累,以及组织中胶原蛋白的积累,人体器官特别“僵硬”。因此,使小鼠器官透明的传统洗涤剂对人体器官,尤其是成人器官不起作用。

“我们必须彻底改变方法,从零开始,找到能够使人体器官透明化的新化学物质,”德国亥姆霍兹联合会(Helmholtz Zentrum München)的博士生、这项研究的第一作者Shan Zhao说。

经过反复试验,研究小组发现一种叫做CHAPS的洗涤剂可以在“僵硬”的人体器官中制造出小孔。由此一来,CHAPS允许其他的解决方案深入数厘米厚的人体器官,并将其转换为透明结构。

完整的透明人眼球影像

在使人体器官透明化后,该团队开始着手对器官成像得来的大量数据进行分析。

首先,他们研制出一种名为“超显微镜射线”(Ultramicroscope Blaze)的激光扫描显微镜。这种显微镜具有很强的取样能力,使研究人员能对肾脏一样大的人体器官进行成像。

接下来,该团队与来自慕尼黑工业大学的Bjoern Menze教授一起开发了深度学习算法,以分析数亿个细胞的三维影像。

研究人员将这项新技术命名为SHANEL,英文意思是“小型胶态离子介导的人类组织高效清除和标记”技术。

“SHANEL可能在不久的将来会发展成为绘制完整人体器官的关键技术。这将大大加快我们对大脑等器官的理解,” 亥姆霍兹联合会组织工程和再生医学研究所所长Ali Ertürk博士解释道。

人体肾脏的成像图

这项技术的最终目标是人工器官的三维打印。细胞级别的人体器官扫描图可利用三维生物打印技术来制造大型人体组织和器官。为了实现这一目标,Ertürk和他的团队目前正在绘制主要人体器官的图谱,首先是从胰腺、心脏和肾脏开始。

Ertürk说:“数十万人面临器官捐献的严重短缺。对人体器官细胞结构的详细了解使我们向按需制造人体的功能器官又迈进了一大步。”

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