3D打印人類肝臟需要怎樣技術(shù)？

今年十月,，生物3D打印公司Organovo宣布，已經(jīng)開始發(fā)力人類直接移植3D打印人體肝臟組織,。這項努力不應該被低估,，因為這項工作使得病變的肝臟有了可以待移植的“補丁”，可以使得病人重獲健康,，對于那些患有肝功能衰竭的人來說意味著重獲生命的希望,。

到目前為止，Organovo已經(jīng)展示了他們擁有3D打印肝臟和腎臟組織的能力,。而要打印可供移植的肝臟單元,，甚至整個器官，這需要怎樣的技術(shù),？

圖片：Organovo打印的組織

最先商用化的生物打印機包括envisionTEC的工業(yè)級3D Bioplotter,。而新的初創(chuàng)企業(yè)，像BioBots和CELLINK這些入門級的生物打印機則只需要10,000美元左右,。

圖片：CELLINK的入門級生物打印機

Organovo成立于2009年,，最先是發(fā)明了自己的生物3D打印機NovoGen MMX，這家公司在發(fā)明自己的打印機后就迅速的將商業(yè)模式從生物打印機轉(zhuǎn)移到了組織打印服務,，并與2013年推出了3D打印人體肝細胞組織單元,。

這些肝組織打印是如何完成的呢？就拿Organovo的設備來說,，一個注射器里面包括肝實質(zhì)細胞（占70至百分之85的肝體積）,。另一個注射器充滿了非實質(zhì)性的肝細胞（占肝臟體積的百分之6.5）。肝臟非實質(zhì)細胞對于打印的成功起到了重要作用,，肝臟非實質(zhì)細胞參與了肝臟的大多數(shù)病理生理過程,，還參加炎癥、血液及免疫紊亂,、休克,、膿毒血癥等病理過程，自身的數(shù)量,、結(jié)構(gòu),、功能等的變化影響著肝臟功能,。

第二注射器先打印一個蜂巢狀模具，然后由第一注射器填充肝實質(zhì)細胞,，最后的打印結(jié)果被放置到一個孵化器,。在這里，肝細胞增殖成為20個細胞厚,，測量下來約500微米,。3D打印出來的多細胞的肝單元實際上具有主要的肝功能，如合成白蛋白,、纖維蛋白原和轉(zhuǎn)鐵蛋白的能力,，以及合成酶活性的膽固醇。

Organovo可以保持細胞存活40天,，通過與制藥企業(yè)羅氏公司的合作,，羅氏在肝單元上進行其對乙酰氨基酚的毒性測試，從而Organovo順利地將其肝單元商業(yè)化,，并與2015年又取得了與默沙東的合作,。

到2014年，在藥物毒性測試的商業(yè)用途上,，Organovo已經(jīng)完全實現(xiàn)商業(yè)化,，其ExVive肝組織單元已經(jīng)批量供應給大型的制藥公司。在大約45分鐘內(nèi),，Organovo就可以3D打印大約3mm直徑和0.5mm厚的肝單元,。

圖片：Organovo的生物打印機

為研究者提供生物打印的人類肝單元來測試新藥是具有社會價值的，它可能會使藥物獲得市場準入更迅速,，因為這些藥物可以從動物到人類的臨床試驗來更深入的了解其毒性和副作用,。而另一方面，可以幫助避免有毒藥物在已經(jīng)公開上市后又被召回,，因為這些藥物在第一時間的人類肝臟單元測試中就可能不被通過,。而Organovo在測試其生物打印的肝單元的移植的時候，發(fā)現(xiàn)移植的人工肝單元與自然肝臟組織融合得很成功,。于是，Organovo將商業(yè)模式擴展到移植領域,，并計劃三到五年向FDA提交提交3D生物打印肝臟組織研究性新藥（IND）的申請

除了肝單元的生物打印,，Organovo還突破了3D打印腎臟單元-ExVive人類腎臟，能夠有效地表現(xiàn)出腎臟的功能,，ExVive人類腎臟組織近端管功能可以維持超過四個星期,。這些腎臟單元可用于測試腎毒性。多家毒理學研究團隊與Organovo進行了合作,，其中有兩家合作方名列全球最頂尖的25家制藥公司之中,。

當然,，產(chǎn)生更復雜人工組織的最大障礙是如何維持其生命的能力，由多種類型的細胞組成的組織如何獲得營養(yǎng)和氧氣,。為了實現(xiàn)這一目標,，血管組織的打印是必要的。

許多研究人員試圖解決泵送血液生物打印的問題,，走得最遠是哈佛威斯生物工程研究所的Jennifer Lewis教授帶領的團隊,。目前，Lewis的團隊能夠制造一個嵌入式血管網(wǎng)厚的組織,。在3D打印的硅膠模具中,，她的團隊打印了一個共聚物組成的網(wǎng)格：由明膠、人類血細胞和纖維蛋白原組成,。血管網(wǎng)格相互連接,。研究人員將血管內(nèi)皮細胞注入血管，讓這些細胞生長為血管內(nèi)壁,。打印血管的油墨屬性非常特殊,，它們在冷卻之后將會融化，只留下由內(nèi)皮細胞長成的人工血管壁,。

哈佛大學的這項突破可以說是補齊了Organovo這類的生物3D打印公司一直以來所缺乏的一塊短板,，這些包含豐富血管的人工組織，如果將來被移植到人體,，還能夠讓它們盡快與人體“連接”在一起,，盡快在人體內(nèi)存活下來。而由此以來,，我們不僅僅可以有望獲得肝臟和腎臟的“補丁”,，更有可能在將來獲得完整的3D打印人類器官，請關注南極熊3d打印網(wǎng),。

來源：3d科學谷
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