器官與大範圍組織缺損的修復，迎來了劃時代的科技曙光。由以色列理工學院（Technion-Israel Institute of Technology）生醫工程學院Levenberg教授實驗室所負責的國際研究團隊，首創三維複合型植入物，能同時整合肌肉組織、脂肪組織、淋巴管網路，以及階層式血管系統。研究成果已發表於《Cell Biomaterials》。
目前臨床上治療大範圍組織缺損的標準方式，是採用「自體皮瓣移植（autologous flap）」。這意味著醫生必須「拆東牆補西牆」，從患者身體其他健康的部位切下包含血管的組織，再移植到受損區域。之所以只能用自己的肉，是因為異體移植（來自他人）會引發嚴重的免疫排斥與併發症。然而，自體移植不僅會對患者造成「二次傷害」，可切取的組織量也極其有限。因此，這項能憑空打造複雜組織的新技術，被醫學界視為解決大規模組織缺損的重大救星。
研究團隊主持人、以色列理工學院教授Shulamit Levenberg表示：「這項技術是邁向複雜可植入組織的重要一步，未來有望應用於外傷、燒燙傷、腫瘤切除後等造成的肌肉與脂肪缺損。論文中提出的技術，未來甚至可能進一步發展為可依照患者傷勢量身打造的個人化皮瓣。」
所謂的皮瓣（flap），是一種內含完整階層式血管系統的植入組織。這類結構最大的優勢，在於能更有效地與受損部位整合。若缺乏完整血管系統，植入物將無法即時獲得氧氣與養分，細胞代謝廢物也難以順利排除，進而影響組織存活。
此次刊登於《Cell Biomaterials》的新型皮瓣，更是全球首個同時包含淋巴管網路的人工組織。淋巴系統在人體中負責排除組織間液，是維持組織穩定的重要系統。新型皮瓣將淋巴管網路、血管系統、肌肉與脂肪組織整合於單一結構中，並加入可直接與植入部位血液循環連接的動靜脈迴路（arterio-venous loop）。研究團隊也透過最佳化列印結構設計，以及精準校正控制細胞分布的列印針筒，使整體植入物能更近似天然組織，包括模擬細胞外基質（extracellular matrix, ECM）的結構。
在大鼠實驗中，研究人員發現，當皮瓣與目標器官連接後，能迅速與宿主組織整合，包括穩定供應氧氣與養分、維持正常血流、促進肌肉正常發育，以及維持脂肪細胞穩定。最終，植入物無論在外觀或功能上，都能與周圍組織高度融合，成為受損部位的一部分。
研究團隊使用了一種特殊生物墨水（bio-ink），其成分來自細胞外基質（ECM），可模擬人體天然組織環境，並促進肌肉與脂肪細胞正常分化。為了讓血管系統能更完整成熟，研究人員先列印出人工血管，再利用自行開發的生物反應器（bioreactor）進行培養，藉由模擬人體血流環境，促進血管內皮層成熟。接著，再將這些皮瓣植入大鼠體內，並直接連接至目標區域的動脈與靜脈。如研究結果所示，植入物在體內展現出前所未有的整合能力。
值得注意的是，雖然實驗是在大鼠身上進行，但研究團隊實際使用的是人類細胞培養出的工程化組織，以評估未來應用於人體的可行性。目前，研究人員已開始在大型動物身上進行後續測試，朝著進行人體臨床試驗的目標邁進。
資料來源：
https://www.technion.ac.il/en/blog/article/first-of-its-kind-implant-expected-to-dramatically-improve-treatment-of-significant-tissue-loss/
