3D生物打印突破性成果，T&R biofab完成打印肝臟組織移植手術(shù)

導(dǎo)讀：2021年7月20日,，南極熊獲悉,，韓國3D生物打印機(jī)制造商T&R Biofab首次通過生物打印技術(shù)成功制造了肝臟組織，并將其移植到動(dòng)物試驗(yàn)對(duì)象體內(nèi),。

T&R biofab研究人員采用一臺(tái)改良型3DX生物打印機(jī),，將球形微組織塑造成結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)復(fù)制了人類肝臟內(nèi)的 "小葉",。一旦植入實(shí)驗(yàn)室小鼠體內(nèi),，所產(chǎn)生的 "微器官 "顯示出良好的生存能力和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，有可能使它們向未來的肝臟再生療法邁出重要一步,。

T&R Biofab公司科學(xué)戰(zhàn)略主管Paulo André Marinho說："我們的研究重點(diǎn)是,，3D生物打印實(shí)際上可以使細(xì)胞三維結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。我們制作了一種表型相關(guān)的組織,，一旦注入動(dòng)物體內(nèi),，其增殖效果大大優(yōu)于沒有結(jié)構(gòu)的3D打印對(duì)應(yīng)物。此外,，它似乎是第一個(gè)成功地完全生物打印高度組織化的構(gòu)造,，移植后幾乎沒有觀察到細(xì)胞死亡或纖維化的組織。"

△研究人員開發(fā)的3D生物打印和植入技術(shù),。圖片來自《Advanced Materials journal.》

生物打印的肝小葉

一般來說,，人體是由幾個(gè)不同的多鱗片組織和器官組成的，肝臟是一個(gè)特別高度血管化的例子,。在人類的肝臟中,，大約80%是由被稱為肝小葉的小功能單元組成的，而3D生物打印技術(shù)的進(jìn)步正日益使復(fù)制這些構(gòu)件成為可能,，并創(chuàng)建更厚,、更可行的軟組織模型。

然而,，培養(yǎng)這些肝細(xì)胞仍然被證明是困難的,，特別是當(dāng)試圖為潛在的移植提供具有足夠血管化和細(xì)胞活力的生物打印器官。生物打印小葉的主要缺點(diǎn)之一在于用于創(chuàng)建它們的技術(shù),，因?yàn)榛�于紫外線的方法往往需要使用交聯(lián)劑,，而交聯(lián)劑可能對(duì)肝細(xì)胞有毒，破壞它們的活力,。

同樣,，在以前的研究中，如果肝臟在微觀尺度上被生物打印并被移植,，它們只能讓動(dòng)物試驗(yàn)對(duì)象多活5到25天,，這也限制了這種方法在人體中的應(yīng)用。為了解決這個(gè)問題,，并開發(fā)出一種能在更高的細(xì)胞放置精度下生產(chǎn)出更有活力的組織的方法,，T&R Biofab的團(tuán)隊(duì)去年開發(fā)了一種新型的擠壓技術(shù),。

實(shí)際上，研究人員修改后的方法涉及使用一個(gè)帶有肝細(xì)胞,、內(nèi)皮細(xì)胞和無細(xì)胞生物墨水插槽的葉狀盒來生產(chǎn)血管結(jié)構(gòu),，但將這些材料擠壓成3D層仍被證明是麻煩的，而且發(fā)現(xiàn)它們崩潰的風(fēng)險(xiǎn)高度依賴于其組成材料的屬性,。

現(xiàn)在,，在最初研究成功的基礎(chǔ)上，韓國團(tuán)隊(duì)已經(jīng)采用微流控方法來開發(fā)其技術(shù)的第二次迭代,，該技術(shù)能夠產(chǎn)生小葉狀的球狀體,，其生存能力大幅提高，使其在基于人類細(xì)胞的治療應(yīng)用和病人特定藥物的研發(fā)方面具有潛力,。

△十多天的細(xì)胞存活率成像,，T&R Biofab團(tuán)隊(duì)的小葉樣品比那些非結(jié)構(gòu)化的樣品顯示出更大的細(xì)胞生存能力。圖片來自《Advanced Materials journal》

肝臟組織移植的成功

通過他們的新技術(shù),，T&R Biofab的科學(xué)家們基本上結(jié)合了擠壓和微流控乳化,，以高速生產(chǎn)球狀體，尺寸均勻,，不需要交聯(lián),。在實(shí)踐中，該團(tuán)隊(duì)的方法看到他們?cè)俅斡眉?xì)胞填充前體盒,，但這次他們把它們沉積成橫截面形狀,，使它們具有天然的耐久性。

馬林霍解釋說："微流控技術(shù)的使用使制備微肝球體不需要將纖維切成碎片,，它帶來了高通量的藥物篩選,、開發(fā)。而且,，幸運(yùn)的是,，正如我們?cè)谡撐闹兴�證明的那樣，在細(xì)胞中沒有活力損失的情況下,，可重復(fù)性非常高,。"

在測試過程中，研究團(tuán)隊(duì)通過生產(chǎn)幾個(gè)小葉微組織球狀體來評(píng)估他們的改進(jìn)方法,，與非結(jié)構(gòu)化的樣品相比,，每個(gè)樣品都顯示出增強(qiáng)的細(xì)胞活力。更重要的是,，在最初實(shí)驗(yàn)的四天后,，血管結(jié)構(gòu)已經(jīng)長到了大約20微米的寬度，這種分辨率對(duì)于許多傳統(tǒng)的擠壓式生物打印機(jī)來說仍然是遙不可及的,。

制作一個(gè)小到250微米的球體,，并具有高度分隔的結(jié)構(gòu)，模仿體內(nèi)組織的表型,，這是聞所未聞的,。在證明了他們技術(shù)的有效性之后，研究人員繼續(xù)將他們打印的小葉注射到實(shí)驗(yàn)室小鼠體內(nèi),，以測試其植入潛力,。小葉樣本不僅在體內(nèi)形成了血管，而且與非結(jié)構(gòu)化的替代物相比,，它們的結(jié)構(gòu)完整性得到了明顯改善,，同時(shí)幾乎沒有活力損失。

因此,，T&R Biofab的科學(xué)家們認(rèn)為,，盡管他們的球狀體本身并不新穎，但它們擁有一種在業(yè)內(nèi) "聞所未聞 "的體內(nèi)分區(qū)結(jié)構(gòu),，因此只要進(jìn)行進(jìn)一步的研發(fā),，這項(xiàng)技術(shù)就可以用來開發(fā)"革命性 "的治療方法，從而恢復(fù)受損人體器官的功能,。

馬林霍總結(jié)道："我們沒有做臨床試驗(yàn),，所以我們不能肯定結(jié)果在人類身上是一樣的，但是,，如果任何研究人員想增加使組織療法獲得成功的機(jī)會(huì),，他/她至少應(yīng)該考慮他/她的工程組織是否會(huì)更好，如果它們?cè)谝浦睬芭c體內(nèi)組織的表型相似,。"

器官3D生物打印的潛力

雖然像T&R Biofab正在開發(fā)的技術(shù)最終可以完全放棄對(duì)完全打印的器官的需求,，但多個(gè)研究小組目前正在努力實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。例如,，3D Systems公司通過"從打印到灌注"項(xiàng)目,，正在開發(fā)一種超精確的3D生物打印方法，以實(shí)現(xiàn)全尺寸,、血管化的人類肺部支架,。

同樣地，EPFL分拆出來的Readily3D在開發(fā)3D打印人類胰腺模型的工作中取得了重大進(jìn)展,。作為歐盟資助的Enlight項(xiàng)目的一部分,，該公司的技術(shù)據(jù)說能夠在短短30秒內(nèi)為糖尿病藥物測試應(yīng)用生產(chǎn)組織。

在其他地方,，3D生物打印專家對(duì)其創(chuàng)建可移植器官的可行性仍然存在分歧,，天然和合成組織之間的相互作用被認(rèn)為是一個(gè)潛在的問題。據(jù)大腦研究所的Juan Carlos Marvizon說,，理論上這種器官可以被編程以防止宿主的排斥反應(yīng),，盡管這還沒有在實(shí)踐中得到檢驗(yàn),。

研究人員的研究結(jié)果在他們題為 "Production of MultipleCell-Laden Microtissue Spheroids with Biomimetic Hepatic Lobule-like Structure "的論文中得到了詳細(xì)說明。

這項(xiàng)研究由Gyusik Hong, Jin Kim, Hyeongkwon Oh,Seokhwan Yun, Chul Min Kim, Yun-Mi Jeong, Won-Soo Yun, Jin-Hyung Shim, IlhoJang, C-yoon Kim和Songwan Jin共同撰寫,。