工程癌症组织的荧光共聚焦图像。癌细胞(蓝色和绿色)排列成一个三维球状体，周围环绕着使用该技术生成的人造血管(红色)。
KTH皇家理工学院的研究人员开发并成功测试了活体脑癌的3D模型，这是一种不需要实验室动物就可以进行药物测试的潜在替代方案，它克服了组织工程中最大的挑战之一。
在最近一期的科学杂志《先进材料》(Advanced Materials)上，研究人员报道了一项技术，可以在装载有活癌细胞的胶原水凝胶内复制人体最小的血管，也被称为微血管系统。这项技术被称为空化成型，它能制造出足够小的空腔，让细胞形成血管，其规模更接近人体。
该研究的主要作者亚历山德罗·恩里科(Alessandro Enrico)是KTH的一名博士生，他说，为这些血管制造空洞的技术代表了生物医学研究的一个突破，该方法可能用于建模癌症以外的其他人体组织。
“这项研究代表了在药物筛选的组织工程模型方面向前迈出的一大步，”恩里科说。
对于药物开发来说，动物试验的唯一替代方法是简单的2D细胞模型，在这种模型中，人类细胞在塑料上以平面的二维排列培养。他说，尽管2D“芯片上的实验室”平台被用来复制活体组织，但它们最终还是受到了简单性的限制。
他说:“2D组织模型延缓了测试，并使其更加昂贵。”“使用3D模型的结果与人体实际的3D组织有关。”
他说，复制一个3D组织模型可以在简单的2D模型和实际的组织生理学之间架起桥梁。“但要在水凝胶支架中获得3D微血管系统，同时保持细胞活力并非易事。”
为了创造像活的脑癌这样的复杂组织生存所需要的微血管系统，研究人员开始用一种含有活癌细胞的非结构化胶原水凝胶。然后，他们使用激光照射水凝胶来产生气泡，重新排列胶原纤维，从而产生空洞和形成微通道。最后，内皮细胞被泵入腔内，然后组装成与人体血管系统大小相似的人造血管
他说，这个过程不会对细胞造成损伤，这是目前正在开发的生物打印技术的一个真正的风险。
3D组织模型紧密复制活体组织，并在生理条件下保持至少8天的稳定。恩里科说:“这对于研究复杂的生物相互作用至关重要，这种相互作用可能需要几天或几周的时间才能形成。”
恩里科说，下一步是研究这种方法与其他水凝胶的兼容性，以模拟不同的组织和器官。
3D Microvascularized Tissue Models by Laser-Based Cavitation Molding of Collagen