糖粉是萊斯大學食譜中的特殊成分，用於(yu) 模仿人體(ti) 在實驗室生長的組織中錯綜複雜的分支血管。

在今天發表在《自然生物醫學工程》雜誌上的研究中，賴斯生物工程師表明，他們(men) 可以通過用3-D打印糖的模板創建複雜的血管網絡，在相對較大的構建體(ti) 中使密集包裝的細胞存活兩(liang) 周。賴斯布朗工程學院生物工程研究生Ian Kinstlinger說：“ 工程化與(yu) 臨(lin) 床相關(guan) 的組織的最大障礙之一就是將一個(ge) 大的組織結構與(yu) 數以億(yi) 計的活細胞包裝在一起。” “在如此大的組織中為(wei) 所有細胞提供足夠的氧氣和營養(yang) ，這是一個(ge) 巨大的挑戰。”

Kinstlinger解釋說，大自然通過複雜的血管網絡的發展解決(jue) 了這個(ge) 問題，該網絡通過我們(men) 的組織和器官以類似於(yu) 樹枝的方式編織。隨著血管從(cong) 中央軀幹分支出來，血管的厚度同時變小，但數量卻增加，從(cong) 而使氧氣和營養(yang) 物質有效地傳(chuan) 遞到整個(ge) 身體(ti) 的細胞。

金斯特林格說：“通過開發模仿自然存在的血管網絡的新技術和新材料，我們(men) 已經接近可以為(wei) 足夠數量的細胞提供氧氣和營養(yang) 以達到有意義(yi) 的長期治療功能的地步。”

糖的模板在研究實驗室的合著者Rice的生物工程助理教授Jordan Miller的實驗室中用開源的，經過修改的激光切割機進行了3D打印。

米勒說：“我們(men) 在這裏開發的3D打印工藝就像製作非常精確的焦糖布丁一樣。”他的最初靈感來自該項目的精致甜點。

米勒說，複雜而細致的結構是通過選擇性激光燒結實現的，這是一種3D打印工藝，將微小的粉末顆粒融合成固體(ti) 3-D物體(ti) 。與(yu) 更普通的擠出3-D印刷(通過噴嘴沉積材料的熔融線)相反，激光燒結通過在幹燥粉末填充床上的小區域輕輕熔化和融合來進行工作。他說，擠壓和激光燒結一次都可以形成一個(ge) 3-D形狀的一個(ge) 2-D層，但是激光方法可以生成結構，否則這些結構如果被擠壓則很容易塌陷。

米勒說：“存在某些架構，例如懸垂結構，分支網絡和多血管網絡，這些在擠出印刷中確實無法很好地完成。”他在博士後期間演示了使用3-D擠出打印機進行糖模板製作的概念。在賓夕法尼亞(ya) 大學學習(xi) 。米勒(Miller)在2013年加入萊斯(Rice)後不久就開始從(cong) 事激光燒結方法的研究。

他說：“選擇性激光燒結使我們(men) 在所有三個(ge) 維度上都擁有更多的控製權，使我們(men) 能夠輕鬆訪問複雜的拓撲結構，同時仍保留糖材料的效用。”

糖在創建血管模板方麵特別有用，因為(wei) 它在幹燥時很耐用，並且可以快速溶解在水中而不會(hui) 損壞附近的細胞。為(wei) 了製造薄紙，Kinstlinger使用一種特殊的糖混合物來印刷模板，然後用液體(ti) 凝膠中的細胞混合物填充印刷糖網絡周圍的體(ti) 積。凝膠在數分鍾內(nei) 變成半固體(ti) ，然後糖溶解並衝(chong) 走，留下了養(yang) 分和氧氣的開放通道。

Kinstlinger說：“這種方法的主要好處是我們(men) 可以快速生成每種組織結構。” “我們(men) 可以在不到五分鍾的時間內(nei) 創建出一些迄今為(wei) 止最大的組織模型。”

米勒說，這項新研究回答了兩(liang) 個(ge) 重要問題：哪些糖可以燒結成連貫的結構，什麽(me) 計算算法可以衍生出模仿自然界中發現的複雜的分支架構?

與(yu) 研究係統Nervous System合作創建了在研究中生成樹狀血管結構的計算算法，該係統使用計算機仿真製作受自然界圖案啟發的獨特藝術品，珠寶和家庭用品。

《神經係統》的聯合創始人兼創意總監，研究合著者傑西卡·羅森克蘭(lan) 茨(Jessica Rosenkrantz)說：“我們(men) 正在使用受自然啟發的算法來創建組織的功能網絡。” “由於(yu) 我們(men) 的方法是算法性的，因此有可能創建針對不同用途的定製網絡。”

在創建了以這些可計算生成的血管結構圖案化的組織後，研究小組展示了通道內(nei) 內(nei) 皮細胞的播種，並致力於(yu) 研究周圍組織中生長的細胞(包括稱為(wei) 肝細胞的齧齒動物肝細胞)的存活和功能。肝細胞實驗是與(yu) 華盛頓大學(UW)生物工程師和研究合著者凱利·史蒂文斯(Kelly Stevens)合作進行的，凱利·史蒂文斯(Kelly Stevens)的研究小組專(zhuan) 門研究脆弱的細胞，眾(zhong) 所周知，這些細胞很難在體(ti) 外維持。

史蒂文斯說：“與(yu) 許多其他生物打印技術相比，這種方法可以與(yu) 更廣泛的材料混合物一起使用。” “這使它具有難以置信的通用性。”

Miller說：“我們(men) 證明了通過3D血管網絡進行灌注使我們(men) 能夠維持這些大型的肝樣組織。盡管維持肝細胞功能仍然存在著長期的挑戰，但能否產(chan) 生大量組織並維持細胞在這些卷中有足夠的時間來評估其功能是向前邁出的令人振奮的一步。”