华盛顿大学医学院（UW Medicine）近日宣布，一项全新、易于普及的3D打印设备问世，有望使科学家在构建人体组织模型时实现前所未有的控制力和复杂性。这项由华盛顿大学医学院和华盛顿大学跨学科研究团队共同开发的设备，标志着3D组织工程领域又一重大进展。

近年来，3D组织工程技术在速度和精度方面均取得了显著突破，极大地助力了生物医学研究人员设计和测试针对各种疾病的治疗方法。其核心目标之一，便是在实验室中重现细胞的自然生长环境。

挑战现有模式，实现多组织共生

目前，将细胞悬浮在凝胶中并固定于两根独立支柱之间，是培育心脏、肺、皮肤和肌肉骨骼组织的一种常见建模平台。尽管这种方法能使细胞在体外模拟体内行为，但要同时研究多种组织类型却并非易事。若能更精确地控制组织的组成和空间排列，科学家将有望建立更复杂的疾病模型，例如神经肌肉疾病。

发表在《先进科学》（Advanced Science）期刊上的一篇论文，详细介绍了这项名为**STOMP（Suspended Tissue Open Microfluidic Patterning，悬浮组织开放微流控图案化）**的新平台。该设备使科学家在创建悬浮组织中不同区域的同时，能够更深入地探究细胞如何响应机械和物理信号。

跨学科合作的结晶：STOMP的诞生

这项开创性研究由华盛顿大学机械工程学教授、华盛顿大学医学院干细胞与再生医学研究所临时联席主任Nate Sniadecki和华盛顿大学化学教授Ashleigh Theberge共同领导。研究团队展示了该设备能够成功重建骨骼与韧带，或纤维化与健康心脏组织等生物界面。

该论文的第一作者为医学院医学科学家项目学生、Theberge实验室博士后Amanda Haack，以及化学博士生Lauren Brown。华盛顿大学化学工程与生物工程学教授Cole DeForest和牙科学院口腔生物学教授Tracy Popowics也作为共同作者参与了研究。

精妙设计：微流控技术与可降解支架的结合

STOMP技术是对一种名为“铸造（casting）”的组织工程方法的增强，研究人员将其形象地比喻为制作果冻。在实验室中，凝胶是活体和合成材料的混合物，通过移液器而非倾倒的方式注入框架。STOMP利用毛细作用（类似于水沿吸管上升的原理），使科学家能够根据实验需求，以任意图案间隔排列不同类型的细胞，就像厨师在果冻中均匀铺撒水果块一样。

研究人员通过两项实验验证了STOMP的有效性：一项是比较病变与健康工程心脏组织的收缩动态，另一项是模拟连接牙齿与牙槽骨的韧带。

STOMP设备大约指尖大小，可对接于由Sniadecki实验室最初开发的双柱系统，用于测量心肌细胞的收缩力。这块微型硬件包含一个开放的微流控通道，其几何特征能够操控不同细胞类型的间距和组成，并在无需额外设备或能力的情况下，在单个悬浮组织中创建多个区域。

此外，DeForest研究组的水凝胶技术为STOMP增添了另一个设计亮点：可降解壁。这意味着组织工程师可以分解设备侧壁，同时保持组织完整。

“通常情况下，当把细胞放入3D凝胶中时，它们会利用自身的收缩力将所有物质拉到一起，导致组织从模具壁收缩。但并非所有细胞都非常强韧，也并非所有生物材料都能像那样重塑。因此，这种不粘特性为我们提供了更大的多功能性，”Sniadecki教授解释道。

Theberge教授补充道：“这种方法为组织工程和细胞信号传导研究开辟了新的可能性。这是多个团队跨学科合作的真正成果。”