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

導讀：2021年7月20日，南極熊獲悉，韓國3D生物打印機制造商T&R Biofab首次通過生物打印技術成功制造了肝臟組織，并將其移植到動物試驗對象體內。

T&R biofab研究人員采用一臺改良型3DX生物打印機，將球形微組織塑造成結構，這些結構復制了人類肝臟內的 "小葉"。一旦植入實驗室小鼠體內，所產生的 "微器官 "顯示出良好的生存能力和結構穩(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公司科學戰(zhàn)略主管Paulo André Marinho說："我們的研究重點是，3D生物打印實際上可以使細胞三維結構發(fā)生變化。我們制作了一種表型相關的組織，一旦注入動物體內，其增殖效果大大優(yōu)于沒有結構的3D打印對應物。此外，它似乎是第一個成功地完全生物打印高度組織化的構造，移植后幾乎沒有觀察到細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。圖片來自《Advanced Materials journal.》

生物打印的肝小葉

一般來說，人體是由幾個不同的多鱗片組織和器官組成的，肝臟是一個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生物打印技術的進步正日益使復制這些構件成為可能，并創(chuàng)建更厚、更可行的軟組織模型。

然而，培養(yǎng)這些肝細胞仍然被證明是困難的，特別是當試圖為潛在的移植提供具有足夠血管化和細胞活力的生物打印器官。生物打印小葉的主要缺點之一在于用于創(chuàng)建它們的技術，因為基于紫外線的方法往往需要使用交聯劑，而交聯劑可能對肝細胞有毒，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，它們只能讓動物試驗對象多活5到25天，這也限制了這種方法在人體中的應用。為了解決這個問題，并開發(fā)出一種能在更高的細胞放置精度下生產出更有活力的組織的方法，T&R Biofab的團隊去年開發(fā)了一種新型的擠壓技術。

實際上，研究人員修改后的方法涉及使用一個帶有肝細胞、內皮細胞和無細胞生物墨水插槽的葉狀盒來生產血管結構，但將這些材料擠壓成3D層仍被證明是麻煩的，而且發(fā)現它們崩潰的風險高度依賴于其組成材料的屬性。

現在，在最初研究成功的基礎上，韓國團隊已經采用微流控方法來開發(fā)其技術的第二次迭代，該技術能夠產生小葉狀的球狀體，其生存能力大幅提高，使其在基于人類細胞的治療應用和病人特定藥物的研發(fā)方面具有潛力。

△十多天的細胞存活率成像，T&R Biofab團隊的小葉樣品比那些非結構化的樣品顯示出更大的細胞生存能力。圖片來自《Advanced Materials journal》

肝臟組織移植的成功

通過他們的新技術，T&R Biofab的科學家們基本上結合了擠壓和微流控乳化，以高速生產球狀體，尺寸均勻，不需要交聯。在實踐中，該團隊的方法看到他們再次用細胞填充前體盒，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，幸運的是，正如我們在論文中所證明的那樣，在細胞中沒有活力損失的情況下，可重復性非常高。"

在測試過程中，研究團隊通過生產幾個小葉微組織球狀體來評估他們的改進方法，與非結構化的樣品相比，每個樣品都顯示出增強的細胞活力。更重要的是，在最初實驗的四天后，血管結構已經長到了大約20微米的寬度，這種分辨率對于許多傳統(tǒng)的擠壓式生物打印機來說仍然是遙不可及的。

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

因此，T&R Biofab的科學家們認為，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 "聞所未聞 "的體內分區(qū)結構，因此只要進行進一步的研發(fā)，這項技術就可以用來開發(fā)"革命性 "的治療方法，從而恢復受損人體器官的功能。

馬林霍總結道："我們沒有做臨床試驗，所以我們不能肯定結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會，他/她至少應該考慮他/她的工程組織是否會更好，如果它們在移植前與體內組織的表型相似。"

器官3D生物打印的潛力

雖然像T&R Biofab正在開發(fā)的技術最終可以完全放棄對完全打印的器官的需求，但多個研究小組目前正在努力實現這一目標。例如，3D Systems公司通過"從打印到灌注"項目，正在開發(fā)一種超精確的3D生物打印方法，以實現全尺寸、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展。作為歐盟資助的Enlight項目的一部分，該公司的技術據說能夠在短短30秒內為糖尿病藥物測試應用生產組織。

在其他地方，3D生物打印專家對其創(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為是一個潛在的問題。據大腦研究所的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，盡管這還沒有在實踐中得到檢驗。

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

這項研究由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。