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3D打印人体器官就要来了,速度比你想象的要快

摘要: 每天大约有330人死于器官衰竭,如果有一种快速制造器官的方法,这些死亡就可以避免

据TechCrunch报道,在总部位于美国旧金山Dogpatch社区的生物技术初创企业孵化器MBC Biolabs,许多科学家和实习生正在为小型初创企业Prellis Biologics工作,帮助其在开发可移植3D打印人体器官的道路上迈出了一大步。

3D打印人体器官就要来了,速度比你想象的要快

Prellis Biologics公司成立于2016年,联合创始人包括研究科学家梅勒妮⋅马修(Melanie Matheu)和诺艾尔⋅穆林(Noelle Mullin)。这家公司把自己的未来(和300万美元投资)押注在制造毛细血管的新技术上。毛细血管是只有1个细胞厚的血管,充当氧气和营养物质的运送通道,以帮助滋养体内各种器官。

马修解释称,如果没有正常发挥作用的毛细血管结构,就不可能制造出器官。她说,在打印心脏、肝脏、肾脏和肺脏的过程中,它们是最重要的拼图之一。美国莱斯大学(Rice University)生物工程学助理教授、3D打印植入式生物材料结构专家乔丹⋅米勒(Jordan Miller)在一份声明中说:“毛细血管系统是支持高级多细胞生命的基本建筑单位,因此它是自下而上的人体器官工程和再生医学的重要目标。”

现在,Prellis Biologics公司发表的研究成果表明,它能够以特定尺寸和速度制造出3D打印器官,并在未来五年内投入市场。该公司使用全息印刷技术,通过光诱导的化学反应在5毫秒内生成三维层。Prellis Biologics公司介绍称,这一功能对于构建肾脏或肺脏等器官组织至关重要。Prellis Biologics通过将光敏光引发剂与传统生物墨水相结合来实现这一点。传统生物墨水可以使细胞材料在红外线照射下发生反应,从而催化生物墨水的聚合。

Prellis Biologics公司并非全息印刷技术的发明者。许多研究人员正在寻求将这种新方法应用到多个行业的3D打印程序中,但该公司正以一种非常有潜力的方式将其应用到生物制造中。在这个过程中,速度至关重要,因为这意味着细胞不会死亡,而且打印的器官组织仍然可自行发育。而在结构内部打印的能力意味着,Prellis公司的技术可以产生内部支架以支持和维持周围的有机材料发育。

Prellis Biologics公司并不是第一家开发3D器官打印技术的公司。对这项技术的研究已经进行了数十年,像BioBots这样的公司已经降低了打印活体组织的成本。

现在BioBots改名为Allevi,其创办初衷和业务战略都已发生转变,现在更专注于开发软件,以便让其生物打印机更容易使用。Allevi帮助降低了生物打印设备的成本,其售价还不到10000美元。但Prellis Biologics公司认为,挤压印刷的限制意味着技术分辨率过低,创建毛细血管速度太慢,保持细胞存活也更难。

Prellis Biologics公司的器官在被移植到动物体内之前,还需要放在生物反应器中进行维持。但不同的地方在于,该公司的目标是制造完整的器官,而不是样本组织或小细胞样本。马修说,生物反应器可以模拟生物力学压力,确保器官正常工作。高级数字组织成像和数据分析公司3Scan的首席执行官托德⋅霍夫曼(Todd Huffman)说:“血管系统是复杂器官组织的关键特征,对于具有治疗价值的工程组织来说是必不可少的。Prellis取得的进步代表着人体器官工程的一个重要里程碑。”

马修估计,该公司需要两年半的时间和1500万美元才能将可移植3D打印器官通过首次动物实验。她说:“我们将在动物体内测试肾脏。”他们的目标是打印出1/4大小的肾脏,将其移植到老鼠身上。马修表示:“我们想要能够移植到人体内的肾脏。”

今年早些时候,英国曼彻斯特大学的研究人员首次利用干细胞中培育出功能正常的人类肾脏组织。科学家们将培养皿中的一小簇用于帮助血液过滤废物的毛细血管植入到基因改造小鼠体内。12周后,毛细血管长出了肾元,即构成人类肾脏功能的元素。

马修表示,我们的最终目标是通过皮肤移植、血液、干细胞或骨髓的采集,从病人体内输出细胞,然后利用这些样本创造出细胞材料来生长器官。她表示:“器官组织的排他性是我在设计过程中首先考虑的事情,也是我们可以解决的事情。”

当Prellis Biologics公司花费时间完善肾脏打印技术的同时,该公司正在寻找合作伙伴,将其制造技术应用于其他器官的开发。马修称:“我们将与其他团体合作,我们的技术将在培育出完整肾脏之前以许多其他方式进入市场。”

去年,该公司概述了一项面向市场的战略,包括开发实验室培育的组织,生产用于治疗和药物开发的抗体。Prellis Biologics公司首批用于临床开发的目标人体器官组织是名为胰岛(islets of Langerhans)的细胞,也就是胰腺内产生胰岛素的单位。马修声称:“1型糖尿病患者在很小的时候就失去了产生胰岛素的胰岛。如果我们能取代它们,我们就能给糖尿病患者提供无需每日注射胰岛素和血糖监测的生活。”

Matheu认为,这项技术不仅是打印肾脏的新方法,还会给生物材料生产领域带来根本性转变。她说:“想象一下,如果你想制造用于检测的肿瘤。在实验室里,你要花5个小时才能打印出一个肿瘤。而用我们的系统,你只要3.5秒。这是我们的基线光学系统,速度将在如何构建细胞和基本结构方面带来巨大转变,我们将不遗余力地授权这些技术。”

与此同时,随着对器官捐献需求的不断增加,新技术也为移植器官短缺提供了解决方案。马修说,在美国有1/7成年人患有某种肾脏疾病,她估计有9000万人在生命的某个阶段需要肾脏移植。每天大约有330人死于器官衰竭,如果有一种快速制造器官的方法,这些死亡就可以避免。

Prellis Biologics公司估计,由于人类组织和器官替代方案,以及用于药物发现和毒理学检测的人体组织需求激增,到2024年,全球器官组织工程市场规模将达到940亿美元,远高于2015年的230亿美元。马修表示:“我们需要更快行动起来以帮助人们。”

来源:网易科技


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