150多年以來，人們已經(jīng)知道癌細胞可以侵入病發(fā)部位從而引起腫瘤，但是要預測癌細胞生長的確切軌跡顯然難度較大。醫(yī)生們目前無法提早定位和治療癌癥病灶，這也使得病情非常難以控制。美國LLNL（勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室）的研究人員將3D生物打印與計算機流程模擬相結(jié)合，以更好地了解癌細胞在患者身體內(nèi)的擴散。

癌細胞聚集在3D打印的血管結(jié)構中的模擬圖

在現(xiàn)有的有關癌變的大量研究都涉及計算機建模，如果證明正確，那么能夠成功模擬血管幾何形狀和組織順應性是關鍵之一。盡管驗證方法通常僅限于使用微流體設備，但這些設備并不具有管狀通道或血管順應性。并且微流體設備缺少循環(huán)腫瘤細胞可用的全部附著位點，并且它們的幾何形狀無法在模型之間精確復制。

為了克服現(xiàn)有微流體設備的局限性，LLNL團隊利用3D打印機開發(fā)了一種基于水凝膠的血管流動設備。研究人員通過3D打印機對生物膜水進行圖案化，并將其嵌入到明膠纖維蛋白水凝膠中，然后排空通道并注入生化內(nèi)腦內(nèi)皮細胞，形成血管樣組織。

3D打印血管結(jié)構與真實人腦組織有相同的儲能模量

盡管使用它們的水凝膠可以實現(xiàn)多種血管幾何形狀，但研究人員最初選擇制造簡化的直形和分支幾何形狀。通過從基本結(jié)構入手，該團隊旨在根據(jù)測試過程中的許多連續(xù)小變化得出更廣泛的結(jié)論。血管總的說來是小動脈的大小，有兩個45°的分層分支點，子血管直徑越來越小。

從測試中可以發(fā)現(xiàn)，該凝膠的最終儲能模量與人腦組織中報告的儲能模量相似，因此非常適合測試CTC附著的可能性。過濾轉(zhuǎn)移性乳腺癌細胞，使其以1690μl/ min的平均流速循環(huán)通過生物打印裝置1小時。然后將設備固定，染色和成像以確定CTC的連接位置。

基于他們的發(fā)現(xiàn)，研究人員認為使用計算機模型確定癌細胞如何擴散到遠處器官。并且3D打印的模型對于臨床實驗具有一定價值，其最終目的就是尋找與致命疾病作斗爭的方法。

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