牛津大学的研究人员正通过3D打印技术，在构建类脑组织方面取得进展，改善了细胞组织成类似人脑结构的可能性。这一进展恰逢牛津马丁3D打印脑修复项目的五年任期即将结束，该项目为人们提供了更清晰的图景，展示了团队迄今取得的成就以及仍然遥不可及的目标。该项目于2020年启动，探索增材制造有朝一日如何帮助治疗脑损伤和疾病。如今项目已结束，它指向了一系列研究进展，而非单一的临床突破或产品。团队尚未实现脑修复，但他们正在学习如何构建比以往更接近真实脑组织的结构。这一进展的核心在于结构。
多年来，科学家们已经能够在实验室中培养脑细胞。他们甚至利用3D打印技术将这些细胞放置到柔软的凝胶状材料中，尽管结果往往看起来更像是细胞团块而非实际组织。但人类大脑是高度组织化的。在大脑皮层中，神经元以分层方式排列，不同类型的细胞和连接以精确的方式堆叠，使大脑能够处理信息。
牛津团队所做的正是开始重现这种组织。研究人员利用人类干细胞生成了不同类型的脑细胞，并采用3D打印技术——结合微流控系统——将它们排列成类似于大脑皮层部分的分层结构。研究人员没有依赖商业生物打印机，而是使用了一种定制的基于液滴的系统，该系统喷射出含有细胞的微小液滴，使他们对组织的组装方式拥有更精细的控制。最终，得到的不再是随机的团块，而是更接近可控的多层结构。这种方法结合了生物打印与受控流体输送，使得细胞能够比早期的支架式或类器官模型更精确地定位。
重要的是，这些细胞保持存活、维持形状，甚至开始相互作用。一些细胞延伸出连接，另一些则在层间移动。这还为时过早，但这些正是研究人员期望在真实组织中看到的行为，而不仅仅是实验室模型。目前，这项工作完全在体外进行，尚未进行动物或人体测试。这一进展解决了生物打印中最大的挑战之一：不仅仅是打印细胞，而是正确地组织它们。尽管该项目在五年间产生了多项研究成果，但最新的更新反映的是更广泛的工作成果，而非单一的新发表论文，指向团队所说的"在结构、细胞行为和可重复性方面的渐进式收益"。
打印的大脑皮层组织在体外培养以进行功能研究，并植入小鼠大脑用于脑修复研究。图片由Zhou等人提供，Advanced Materials, 2020/牛津大学。
目前，这类工作最直接的用途是研究，因为更好的类脑组织模型可以帮助科学家研究大脑如何发育、疾病如何进展，以及不同药物如何影响人类细胞。这很重要，因为大脑是人体中最难直接研究的部位之一。因此，拥有更真实的实验室培养模型可以加速神经退行性疾病、创伤和发育障碍等领域的研究。这也是生物打印领域目前的主要应用方向，打印的组织越来越多地用于药物发现和测试，尽管更复杂的器官仍然遥不可及。
这项工作是神经科学家Zoltán Molnár和Francis Szele领导、与牛津大学分子生物工程领域的领军人物Hagan Bayley教授以及牛津马丁研究员Linna Zhou合作的更广泛努力的一部分。
当然，该领域的长期愿景更为雄心勃勃。如果科学家能够可靠地构建出结构化的脑组织，下一个问题是这种组织是否有朝一日能够用于修复中风、损伤或疾病造成的损伤。达到这一目标需要重大进展，包括血管化、长期功能性以及安全融入体内——这些是领域内研究人员仍在努力解决的挑战。因此，这还不是脑修复。还不是。但这表明生物打印正在进入一个更高级的阶段。该领域已经证明它可以打印用于测试的组织，现在正朝着更复杂的组织（如脑组织）推进，这些组织需要具备结构和功能。类似的工作反映了这一转变，重点不再是细胞能否被打印出来，而是它们能否被组织成真正像活性组织那样运作的结构。
中国3D打印网编译文章！
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