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烏得勒支大學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胞“透明”來成功打印微型干細胞單元，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)行的關鍵毒素消除過程，并可以為再生醫(yī)學和個性化藥物測試開辟新的機會。

超快體積3D生物打印

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

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，該容器充滿了細胞負載的光響應水凝膠，從而觸發(fā)聚合。無層、無噴嘴技術的主要優(yōu)點之一是它不會對細胞造成有害的機械應力，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，烏得勒支團隊在他們的體積3D生物打印技術的開發(fā)中取得了幾個關鍵的里程碑。該團隊專注于克服體積打印的主要限制，例如由于細胞引起的光散射而導致的分辨率損失。

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，它基本上使細胞“透明”。這使團隊即使在細胞密度高的情況下也能實現(xiàn)高打印保真度，這是組織工程應用的關鍵要素。

該團隊通過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。類器官是由干細胞制成的大約 1mm的微型單元，可以復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構，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團隊能夠?qū)㈩惼鞴?D打印到不同的結構中，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構和天然組織之間功能相似性的技術。通過研究，他們證明了他們的印刷結構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)造出不同的多孔結構，這些結構可以注入營養(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會。”

3D生物打印器官的進展

盡管生物打印近年來取得了許多進展，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的發(fā)展。

例如，工業(yè)3D打印機制造商3D Systems在宣布其 Print to Perfusion平臺“取得巨大進展”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公司Volumetric Biotechnologies，這將使該公司的人肺支架研究擴展到另外兩個器官，以及研究其他血管組織。

上個月，以色列再生醫(yī)學公司Matricelf與特拉維夫大學就其正在申請專利的3D生物打印技術簽署了一項獨家全球許可協(xié)議。該技術涉及用于再生體內(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生物打印技術的許可。該方法最初是在哈佛大學開發(fā)的，將用于制造腎細胞移植，以幫助人們擺脫透析，并在未來可能獲得完整的器官。