幹細胞結合3D列印,打造「預血管化組織」助血管新生

2022/06/21 23,661

整理/Miki

血管疾病是我國重要疾病之一,包含心臟病、腦中風、腦血管病變等,都是造成兒童及成人死亡的原因。醫界學者與科學家積極從事心血管3D列印技術,用以幫助患者血管新生,無論在學術研究、教學示範或臨床診斷治療,都是極具突破性的進步!

 

根據統計,國內有超過200萬人深受糖尿病所苦。糖尿病是一種內分泌疾病,成因主要來自遺傳、飲食習慣。一般人進食在正常情況下,碳水化合物經過消化、分解,會產生葡萄糖,此時胰臟會分泌「胰島素」讓葡萄糖進入細胞,轉換為肌肉或細胞的燃料,成為身體活動所需的能量。若胰島素分泌不足,或是身體無法有效地運用胰島素,就會演變為「胰島素阻抗」而影響血糖調節,讓血液中的糖份無法進入細胞,使得血糖過高。當血糖超過腎臟負荷,便會經由尿液排出,因而稱為「糖尿病」。

 

糖尿病足部傷口難癒 嚴重時恐危及生命

一旦罹患糖尿病,全身器官都會受到影響。當身體處於血糖過高的狀態,就像泡在糖水當中,讓血管壁慢性發炎、變得脆弱;血液流量減少了,就無法順利輸送足夠的氧氣和養分到身體各處,器官的功能自然愈來愈差,也會影響癒合能力。此外,糖尿病會帶來足部血管硬化、感覺神經麻痺,讓患者對於冷、熱、痛感覺遲鈍,當足部出現小傷口,再加上照護不良,就容易發生感染,形成難以癒合的慢性傷口潰瘍,嚴重者可能因此引發敗血症、被迫截肢,甚至危及生命。

 

要修復失去功能的器官或組織,並不是一件容易的事,原因是身體缺少血管細胞或合適的生物支架,限制了內部物質傳遞及組織建構所致。然而,隨著組織工程、再生醫學相關技術的進步,現在有愈來愈多方式能突破這項限制,「3D生物列印」就是一個令人振奮的答案。

 

幹細胞+3D生物列印 幫助患者血管新生

3D生物列印的原理,是利用3D生物列印機製造細胞支架,接著將細胞種入仿效活組織的細胞支架,使細胞得以生長,目前可用於列印藥物試驗的組織和器官。2022年三月,國衛院和清華大學攜手研究,結合幹細胞與3D列印支架技術,研發出具有高通透性的「預血管化組織構建體」,精準建立血管網路系統,克服原有血管細胞數量稀少、來源取得不易的難題,進而幫助患者加速血管生長,找回原有的健康。

 

根據國衛院和清大公布的研究成果,團隊是運用幹細胞的特性,將血管細胞增殖、分化成血管前趨細胞,接續誘導為血管內皮細胞,另外透過高分子材料「聚癸二酸甘油酯丙烯酸」(PGSA,一種可光固化兼具生物相容性與降解性的高分子材料)及3D列印技術,打造出垂直、水平通透率高的「預血管化組織構建體」。

 

 

血管新生有如建造房屋 材料備妥才可順利施工

國衛院細胞系統所博士後研究員蔣偉程比喻,血管新生的過程就像建造房屋,PGSA有如房屋骨架、血管內皮細胞是內部管線,「預血管化組織構建體」則像是一個備妥管線的毛胚屋。只要身體的「管線毛胚屋」建立完善,在組織基礎上繼續加工,就能加快施工腳步,幫助血管和組織的新生。

 

經過動物實驗證實,「預血管化組織構建體」能促進血管生長、幫助周邊血管正常流動,因此可降低糖尿病足等慢性缺血性疾病的截肢風險,以及截肢後的高死亡率。這項技術未來將用於治療缺血性疾病,在藥物測試及器官移植方面,也有極高的應用價值。

 

幹細胞生物技術日新月異,在疾病治療、免疫調節、組織修復及抗衰老等方面,已有各項應用;3D生物列印不但加速醫療數位化,也讓醫療技術有了革命性進展。兩者相互結合發展,相信在不久的將來,可為細胞治療產業創造嶄新模式,不僅造福台灣患者,對全人類的健康也將帶來更多希望!