烏得勒支大學(xué)的一個研究小組使用新開發(fā)的3D生物打印方法成功制造了肝臟。

通過可見光斷層掃描，該打印方法通過使細(xì)胞“透明”來成功打印微型干細(xì)胞單元，這意味著它們保留了肝臟的分解和執(zhí)行生物過程的能力。

在不到 20 秒的時間內(nèi)打印出來，肝臟單元能夠模擬天然肝臟在我們體內(nèi)執(zhí)行的關(guān)鍵毒素消除過程，并可以為再生醫(yī)學(xué)和個性化藥物測試開辟新的機(jī)會。

超快體積3D生物打印

烏得勒支團(tuán)隊在2019年首次展示了他們的體積生物打印技術(shù)，創(chuàng)造了自由形式的組織結(jié)構(gòu)。該方法不同于當(dāng)前的生物打印工藝，后者基于逐層沉積和重復(fù)構(gòu)建模塊的組裝，例如載有細(xì)胞的水凝膠和支架。

取而代之的是，體積生物打印方法涉及將一系列2D光圖案投射到一個圓柱形容器中，該容器充滿了細(xì)胞負(fù)載的光響應(yīng)水凝膠，從而觸發(fā)聚合。無層、無噴嘴技術(shù)的主要優(yōu)點之一是它不會對細(xì)胞造成有害的機(jī)械應(yīng)力，并且還能夠快速制造組織。

2019年的工作促成了體積3D生物打印機(jī)制造商Readily3D的分拆，該公司去年宣布參與歐洲ENLIGHT項目。 Readily3D在耗資360萬歐元的項目中發(fā)揮了自己的作用，該項目旨在3D打印人體胰腺的活體模型，以改進(jìn)糖尿病藥物的測試。

體積生物打印的新突破

在他們最近的工作中，烏得勒支團(tuán)隊在他們的體積3D生物打印技術(shù)的開發(fā)中取得了幾個關(guān)鍵的里程碑。該團(tuán)隊專注于克服體積打印的主要限制，例如由于細(xì)胞引起的光散射而導(dǎo)致的分辨率損失。

由于體積打印依賴于3D中光的精確圖案化，因此通常只能在高度透明的材料中實現(xiàn)。高濃度的細(xì)胞會散射光，這會顯著阻礙某些打印。

為了對抗這種影響，研究人員開發(fā)了一種新的材料配方，使用醫(yī)學(xué)中常用的生物友好型化合物碘克沙醇作為造影劑，它基本上使細(xì)胞“透明”。這使團(tuán)隊即使在細(xì)胞密度高的情況下也能實現(xiàn)高打印保真度，這是組織工程應(yīng)用的關(guān)鍵要素。

該團(tuán)隊通過3D打印類器官在不到 20 秒的時間內(nèi)成功制造了超過 1 cm3 的功能性肝臟單元。類器官是由干細(xì)胞制成的大約 1mm的微型單元，可以復(fù)制其參考組織的各個方面，在這種情況下，是人類肝臟的解毒能力。

類器官本身不能輕易組裝成模擬人體器官所需的大型結(jié)構(gòu)，因此它們在臨床環(huán)境中的使用能力有限。安全光的使用和研究人員體積生物打印過程的非接觸性，加上其快速的制造速度，確保了類器官的安全并使其保持活力。

Utrecht團(tuán)隊能夠?qū)㈩惼鞴?D打印到不同的結(jié)構(gòu)中，以提高它們作為肝臟工作的能力，證明生物打印是一種能夠改善打印結(jié)構(gòu)和天然組織之間功能相似性的技術(shù)。通過研究，他們證明了他們的印刷結(jié)構(gòu)提高了類器官解毒和消除對人體有害的化合物的能力。

研究人員還能夠創(chuàng)造出不同的多孔結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)可以注入營養(yǎng)物質(zhì)，以取代血管的作用。根據(jù)烏得勒支大學(xué)副教授Riccardo Levato 博士的說法，生物打印的肝臟單位“為再生醫(yī)學(xué)和開發(fā)新的患者特定模型以研究針對肝病的新藥開辟了新的機(jī)會。”

3D生物打印器官的進(jìn)展

盡管生物打印近年來取得了許多進(jìn)展，但3D打印可行的、可移植的人體器官仍有很長的路要走。這么說，幾家公司正在朝著正確的方向加速該技術(shù)的發(fā)展。

例如，工業(yè)3D打印機(jī)制造商3D Systems在宣布其 Print to Perfusion平臺“取得巨大進(jìn)展”后，在過去一年中加大了生物制造活動的力度。不久之后，該公司以 4 億美元的價格收購了生物技術(shù)公司Volumetric Biotechnologies，這將使該公司的人肺支架研究擴(kuò)展到另外兩個器官，以及研究其他血管組織。

上個月，以色列再生醫(yī)學(xué)公司Matricelf與特拉維夫大學(xué)就其正在申請專利的3D生物打印技術(shù)簽署了一項獨家全球許可協(xié)議。該技術(shù)涉及用于再生體內(nèi)受損器官和組織的生物打印植入物，并且已被用于治療小鼠的癱瘓。

最近，生物工程初創(chuàng)公司Trestle Biotherapeutics獲得了一種能夠生產(chǎn)功能性人體腎臟組織的新型3D生物打印技術(shù)的許可。該方法最初是在哈佛大學(xué)開發(fā)的，將用于制造腎細(xì)胞移植，以幫助人們擺脫透析，并在未來可能獲得完整的器官。