科技日报北京8月30日电 （记者张梦然）美国宾夕法尼亚州立大学的一个跨学科团队取得一项突破：他们在将细胞编程后，利用基因开关技术，让3D打印的骨组织能够自主生成新的血管。这项成果为治疗严重创伤或感染导致的骨缺损带来了新希望。相关论文发表在新一期《化学工程期刊》上。
骨组织再生面临的最大挑战之一，是如何让新生组织内部形成血管网络。没有血液供应，厚实的骨骼组织无法存活和正常生长。传统方法在促进血管化方面效果有限。
研究团队采用了一种名为“吸入辅助生物打印”的先进技术。该技术能将微小的活细胞团——球体，精准放置在水凝胶支架的指定位置上。这种精确操控使得细胞能够均匀分布，从而保证组织再生的一致性。
为了让这些球体具备不同功能，研究团队从商业渠道获取未分化的干细胞，并向其中引入了两种特定的基因调控分子：miR-148b和miR-210。这两种分子如同基因开关，前者能引导细胞向成骨方向分化，后者则负责启动血管生成程序。
经过几天的培养，这些编程过的细胞被组装成球体，再通过3D打印嵌入凝胶支架。在随后的28天里，细胞在支架内逐步成熟、分化，最终形成了具备骨骼和血管双重功能的组织结构。
动物实验验证了这一方法的有效性。在免疫缺陷小鼠的骨缺损模型中，未给予任何治疗，六周后骨组织仅恢复了约35%的面积；而植入不含特殊球体的空白支架后，恢复面积提升到了93%。当使用携带两种基因开关的混合球体时，效果更为显著，不仅骨组织覆盖面积更大，血管内皮标志物CD31的表达也明显升高，表明新血管生成更加活跃。
研究团队认为，不同功能的球体之间可能存在协同作用，共同促进了骨骼和血管的整体生长。团队下一步计划在更大的动物模型中进一步探索这种协同机制，并评估血管生成是否会对骨组织生长产生负面影响。
这项技术目前主要面向因癌症、感染或严重外伤导致的大范围骨缺损患者，并不适用于普通的骨折治疗。由于所用材料均已实现商业化生产，这项技术具备良好的可推广性，有望在未来加速走向临床应用。
【总编辑圈点】
再生医学领域有道难以逾越的坎，那就是让植入体内的新组织长出属于自己的血管网。过去的植入材料往往是“被动”的，只能等待周围血管缓慢长入，很容易因缺血而坏死。如今，科学家相当于给细胞提前设定了成长指令，让原本“死”的材料变成会自我完善的“活”组织。其实，这一思路的应用很可能超越骨科。未来，肌肉、软组织乃至更复杂器官的构建，都可能从中受益。而且所用原料均已商业化，没有复杂的壁垒，这意味着它从实验室走向手术台的门槛被大幅降低，有望更快造福患者。