現代醫學中，如何使受損或失去的組織再生，是實現全器官移植的關鍵步驟；即使依現有之外科技術，要修復失能的組織仍相當困難，而組織工程與再生醫學相關研究為此帶來一線曙光。然於發展過程中常因欠缺足夠的血管細胞或缺少合適的生物支架的幫助，導致內部物質的傳遞極受擴散性的影響，限制了大型或複雜的生物組織的建構。
欲解決此問題，本院細胞及系統醫學研究所林秀芳研究員兼所長與國立清華大學化學工程學系王潔副教授團隊共同合作。首先，為了克服血管細胞數量稀少以及來源取得不易之難題，研究團隊運用幹細胞（stem cell）本身之特性，將其增殖並分化成血管前趨細胞，接著再進一步誘導成血管內皮細胞，並鑑定其相關性質。另一方面，有鑑於傳統製備細胞培養支架的方法中，較難控制支架的精細結構，導致其產生過多的孔隙，或使可供細胞附著的表面積不足。因此，研究團隊採用可光固化註兼具生物相容性與降解性之高分子材料—聚癸二酸甘油酯丙烯酸（poly (glycerol sebacate) acrylate, PGSA）配合新興3D列印（3D printing）技術，開發出一個新穎立體的微米結構生物支架，透過六角邊框並配合旋轉階梯式構想，提升細胞貼附面積與支架垂直通透性，並改良加上側邊之孔洞，在維持其結構之同時增加其水平通透性，藉此提供高細胞貼附率與高通透性之微環境。
研究團隊亦發現，優化後之PGSA相較於其它候選之生物材料更具備促進血管前趨細胞分化成相關血管內皮細胞之能力，並透過結合幹細胞分化後之血管內皮細胞與3D列印之PGSA立體支架，建構出具高通透性的「預血管內皮組織工程化構建體」。在缺血性創傷之動物實驗中，移植此構建體在與受傷部位組織結合後，透過非侵入式雷射散斑對比影像分析顯示，移植部位有血流蓄積情形，並由組織化學染色進一步證實移植此構建體相較於其它組別，能顯著促進受損部位的血管生成。而此高通透性的預血管內皮組織工程化構建體在未來可與其它種類之細胞進行搭配，應用於體外不同組織或器官工程所需之血管系統建置。相關研究成果已於2021年7月刊登於國際期刊《Biofabrication》，並已提出專利合作條約（PCT）與中華民國專利申請。
註：將原本液態之材料經某特定波長的光照射後產生交聯反應進而固化成型
文/圖：細胞及系統醫學研究所林秀芳研究員兼所長、蔣偉程博士後研究員
