TissueLabs 使用3D生物打印制造人造器官,，突破器官移植壁障

當(dāng)我們想到醫(yī)療領(lǐng)域的3D打印時,，最令人興奮的應(yīng)用之一無疑是生物打印,。這種用干細(xì)胞制成的生物墨水創(chuàng)造細(xì)胞結(jié)構(gòu)的方法,，因其廣泛的應(yīng)用而吸引了許多人,，包括創(chuàng)造皮膚,、組織甚至器官,。在美國，等待器官移植的名單上大約有105,909名男性,、女性和兒童,，每天至少有17人因等待移植而死亡,，所以如何創(chuàng)造人工器官一直是一個研究熱點(diǎn)。盡管目前業(yè)內(nèi)已經(jīng)取得了一些進(jìn)展,，但距離真正臨床應(yīng)用仍然需要進(jìn)行研究,。

TissueLabs公司是一家致力于生物打印人工器官的和生物打印機(jī)開發(fā)的創(chuàng)業(yè)公司。該公司的創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Gabriel Liguori是一名醫(yī)學(xué)博士,，擁有心血管再生醫(yī)學(xué)和胸腔及心血管外科的博士學(xué)位,。他在2018年登上了福布斯富豪榜（30歲以下人士），并被《麻省理工科技評論》提名為年輕一代最具創(chuàng)新精神的人之一（MIT Innovators Under 35）,。一直以來,，Gabriel都在領(lǐng)導(dǎo)TissueLabs在實(shí)驗(yàn)室里開發(fā)人工器官，以解決目前器官移植的局限性

△GabrielLiguori博士

談及他的研究經(jīng)歷,，Gabriel表示：“我從博士期間開始研究生物打印,，雖然這并不是我研究論文的中心。我的論文主要集中在支架種植技術(shù),，但我仍說服我的導(dǎo)師購買一臺3D生物打印機(jī),，以便我們能夠開發(fā)組織工程的血管移植物，因?yàn)槲业恼撐恼n題是關(guān)于血管組織工程的新方法,。在購買過程中,，我們開始遇到系統(tǒng)的問題。幾個月后,，我完成了在格羅寧根大學(xué)（荷蘭）的博士學(xué)習(xí),，實(shí)際上當(dāng)時并沒有設(shè)法用生物打印機(jī)做我所期望的事情。然后搬到了巴西,，在那里我有機(jī)會在圣保羅大學(xué)開始一個新的組織工程實(shí)驗(yàn)室,。在那里，我決定從另一家公司購買一臺生物打印機(jī),，該公司是我之前合作的公司的主要競爭對手,。不幸的是，我又一次失望了,�,！�

在命運(yùn)的安排下，Gabriel遇到了現(xiàn)在的商業(yè)伙伴艾默生-莫雷托（Emerson Moretto）,。當(dāng)時的Emerson正在開發(fā)一個項(xiàng)目,，測試Gabriel在實(shí)驗(yàn)室里所設(shè)計的那些血管的抵抗力。Emerson出于興趣開發(fā)了自己的生物打印機(jī),，但這深深吸引住了Gabriel的注意力,。對于制造血管移植物來說，這款打印機(jī)更簡單,，但更有效,。因此,，Gabriel開始放棄了選擇昂貴的系統(tǒng)，轉(zhuǎn)而開始使用他的打印機(jī),，這改變了他們的生活,。

TissueLabs公司的創(chuàng)建初衷

Gabriel創(chuàng)辦TissueLabs是為了能夠創(chuàng)造用于移植的生物人工心臟，這是因?yàn)樗�本身自出生時便患有先天性心臟病,，這也迫使他從出生的第一周起便成了醫(yī)院里的�,？汀Ｐ疫\(yùn)的是,，雖然病情嚴(yán)重,，但Gabriel得到了適當(dāng)?shù)闹委煟涸趦蓺q時做了心臟手術(shù)，此后恢復(fù)順利,。然而,，許多孩子沒有Gabriel那么幸運(yùn)，他們可能需要進(jìn)行心臟移植,。然而,，要為這些病人找到器官是非常困難的，主要是因?yàn)榫栀浾叩臄?shù)量很少,，尤其是在這個年齡段,。

△照片來源。TissueLabs

由于幼年時期的個人經(jīng)歷,，Gabriel決定成為一名醫(yī)生,，于2014年畢業(yè)于醫(yī)學(xué)專業(yè)。當(dāng)他在醫(yī)學(xué)院學(xué)習(xí)時接觸到了了組織工程,，并了解到這項(xiàng)技術(shù)在創(chuàng)造生物人工組織和器官以供未來移植方面的潛力。然后,，他便決定進(jìn)一步研究這個話題,，并暫停自己的醫(yī)學(xué)生涯，在這個領(lǐng)域攻讀博士學(xué)位,。在2019年結(jié)束時,，Gabriel做出了一個艱難的決定，不再繼續(xù)從事醫(yī)療事業(yè),。相反,，他開始專注于研究和開發(fā)，嘗試把這項(xiàng)技術(shù)帶給病人,。最初,，他考慮在學(xué)術(shù)界做這件事，這也是其巴西創(chuàng)辦實(shí)驗(yàn)室的原因,。但他也很快意識到,，如果想把科學(xué)付諸實(shí)踐,，就應(yīng)該在一個公司里做，這就是其創(chuàng)立TissueLabs的原因,。

Gabriel等人在巴西創(chuàng)辦了公司,，但在開始運(yùn)營后的幾個月內(nèi)，他們就把它搬到了瑞士,，發(fā)現(xiàn)這里非常適合生物技術(shù)創(chuàng)業(yè)公司,，而且環(huán)境獨(dú)特。從那時起,，TissueLabs公司經(jīng)歷了巨大的增長,，他如今的客戶群每年都在翻倍。

TissueLab的生物打印機(jī)

TissueLabs公司目前推出了兩款生物打印系統(tǒng)：TissueStart™,，一個基于擠壓的系統(tǒng),；TissueRay™，一個基于立體成像的系統(tǒng),。

TissueStart™是在2020年首次推出的,。TissueLabs是為剛開始從事生物制造的科學(xué)家設(shè)計了它。它提供了市場上最好的成本效益,，基于雙頭活塞的系統(tǒng)起價為7,999美元,，與傳統(tǒng)的氣動系統(tǒng)相比，它對生物墨水的擠出有更多的控制,。與此相反,，他們的生物打印機(jī)具有回吸能力，確保精確的開始和結(jié)束點(diǎn),，減少生物墨水損失和過度擠壓,。它是一個緊湊和易于使用的系統(tǒng)，僅重約4公斤（約9磅）,，并且不需要空氣壓縮機(jī),。它還有一個獨(dú)特的、專有的擠出系統(tǒng),，被稱之為Mixtrusor™,，能夠結(jié)合不同的生物墨水，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的三維組織,。它是用有機(jī)玻璃建造的,，具有高抗性、長耐久性和易清洗性,。

△由TissueLabs開發(fā)的生物打印機(jī)（圖片來源：TissueLabs）

TissueRay™打印機(jī)是在2021年底推出,，它是市場上第一臺掩膜立體光刻（MSLA）3D生物打印機(jī)，為3D生物打印帶來了光的速度,。它提供了高分辨率和吞吐量的完美結(jié)合,，4K屏幕提供35微米的點(diǎn)距（XY理論分辨率）和10微米的電機(jī)驅(qū)動的Z-精度,。根據(jù)材料的不同，它的打印速度可以達(dá)到每層1秒,。它有一個193cm3的構(gòu)建體積,，有一個6×6cm的圓形底座。這臺打印機(jī)最酷的地方在于,，可以根據(jù)客戶的需求來定制它,。不是每個人都使用相同的光引發(fā)劑；因此,，不是每個人都使用相同的標(biāo)準(zhǔn)405nm波長,。例如，TissueLabs可以為使用釕的客戶選擇420納米的波長,，或?yàn)槭褂眉t光的客戶選擇530nm的波長,，僅舉幾例。TissueRay™基于光的系統(tǒng)允許創(chuàng)建微流控設(shè)備,、芯片上的器官,、充滿細(xì)胞的構(gòu)造以及用于組織工程和再生醫(yī)學(xué)的支架。這個系統(tǒng)的起價僅為15,999美元,。

最后,，TissueLabs還提供生物材料，供研究人員進(jìn)行更傳統(tǒng)的3D細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn),，無論是否有生物打印機(jī),。除了常規(guī)生物打印機(jī)所使用的生物材料，如海藻酸鹽,、GelMA,、Pluronics等，TissueLabs還提供15種不同組織的特定水凝膠：脂肪,、骨,、腦、軟骨,、結(jié)腸、腎,、肝,、肺、肌肉,、心肌,、胰腺、皮膚,、脾,、胃和血管,。它們被稱為MatriXpec™水凝膠，能夠?yàn)槿�維細(xì)胞培養(yǎng)提供組織特定的微環(huán)境,，允許在模仿本地細(xì)胞外基質(zhì)的生物線索的代表性基質(zhì)中進(jìn)行實(shí)驗(yàn),。這些水凝膠有兩種不同的版本，一種是熱交聯(lián)的,，另一種是光交聯(lián)的,，適應(yīng)研究界的不同需求。

△照片來源：TissueLabs

Tissuelabs生物打印機(jī)的應(yīng)用

目前,，全世界有一百多個實(shí)驗(yàn)室在20個不同的國家使用Tissuelabs公司的產(chǎn)品,，所以有很多研究在開展。應(yīng)用是無限的,，主要受限于終端用戶的創(chuàng)造力,。

舉幾個例子：

• 3D打印自氧材料來制造微組織；
• 創(chuàng)造軟骨組織來研究腱鞘炎,；
• 開發(fā)迷你腸道來研究營養(yǎng)吸收和結(jié)腸直腸癌,；
• 在體外復(fù)制肺泡微環(huán)境來研究肺癌;
• 生物打印心臟細(xì)胞以研究其在不同機(jī)械刺激下的行為；
• 工程皮膚以替代動物模型,；
• 制造胰腺組織以研究糖尿�,。�
• 開發(fā)口腔和牙齒組織的再生策略;
• 以及先天和后天的骨缺陷;
  

……

生物打印在醫(yī)療領(lǐng)域的未來

3D生物打印未來會有很多變化,，目前出現(xiàn)眾多打印技術(shù)是一個很好的開始,，但它們并不能制造實(shí)際的生物人工器官。Gabriel認(rèn)為生物打印仍處于起步階段,，還有很多事情要做,。創(chuàng)新是這一領(lǐng)域的關(guān)鍵因素，有許多有待開發(fā)的東西,，如果你立足于目前可用的解決方案,，那么想象未來就變得很有挑戰(zhàn)性。我們可能會看到新的系統(tǒng)使用的技術(shù)甚至還沒有被發(fā)明出來,。TissueLabs將確保站在這種發(fā)展的最前沿,。