3D打印活細(xì)胞技術(shù)為未來醫(yī)藥和替代動物測試鋪平道路

南極熊導(dǎo)讀：自20世紀(jì)80年代3D打印技術(shù)問世以來，它不僅在制造業(yè)中占據(jù)了重要地位，還擴(kuò)展到生物打印領(lǐng)域，允許我們打印人體器官和再生組織。這樣的技術(shù)進(jìn)步將帶來怎樣的變化呢？

2024年8月27日，南極熊獲悉，意大利生物工程師Riccardo Levato博士等研究人員正在將這項(xiàng)技術(shù)推向一個令人興奮的新方向。

Levato博士是荷蘭烏得勒支大學(xué)醫(yī)學(xué)中心和烏得勒支大學(xué)生物制造與再生醫(yī)學(xué)副教授，他領(lǐng)導(dǎo)著一個跨國研究團(tuán)隊(duì)，成員來自比利時(shí)、意大利、荷蘭、瑞典和瑞士。作為2021年至2025 年ENLIGHT研究計(jì)劃的一部分，他們正在開發(fā)由人類細(xì)胞制成的微型3D打印胰腺。

該項(xiàng)目的目標(biāo)是提升糖尿病新療法測試的可靠性和準(zhǔn)確性，并有望在未來實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室培育用于人體移植的器官。這項(xiàng)研究不僅可能革新醫(yī)療領(lǐng)域，還可能推動不需要動物實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)品發(fā)展鋪平道路。

△Levato領(lǐng)導(dǎo)一項(xiàng)名為PRISM-LT的多國研究計(jì)劃，旨在開發(fā)各種活體組織的經(jīng)濟(jì)高效的3D打印技術(shù)（傳送門）

活體藍(lán)圖

這項(xiàng)研究的關(guān)鍵材料之一是干細(xì)胞。這些細(xì)胞能夠在接收到適當(dāng)信號后，分化成各種不同類型的人體組織，例如肌肉細(xì)胞、血細(xì)胞和腦細(xì)胞。

最初的實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)是為糖尿病患者提供幫助，實(shí)驗(yàn)中使用了從干細(xì)胞中培養(yǎng)的胰島素生成細(xì)胞。然而，簡單地將這些細(xì)胞移植到患病的胰腺中只能提供短期的緩解。Levato說，這是因?yàn)檫@些細(xì)胞缺乏必要的支持。

△Riccardo Levato博士

他解釋說：“當(dāng)你將這些細(xì)胞置于沒有結(jié)構(gòu)、沒有血管、沒有保護(hù)材料的環(huán)境中時(shí)，它們會隨時(shí)間而死亡。這種情況通常只維持幾年，然后你就必須重新進(jìn)行移植。”

Levato和ENLIGHT團(tuán)隊(duì)正在嘗試通過3D打印技術(shù)來解決這一問題，目標(biāo)是創(chuàng)造帶有血管的三維植入物，以支持細(xì)胞的長期存活。這一過程具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)榛罴?xì)胞在傳統(tǒng)的3D打印過程中容易受損。

研究人員通過使用富含水的凝膠（即生物墨水）來解決這一難題。這種凝膠不僅可以攜帶和滋養(yǎng)細(xì)胞，還能在打印過程中提供必要的支持。隨后，他們需要引導(dǎo)細(xì)胞的分化過程，以確保器官能夠按照其遺傳“藍(lán)圖”正常發(fā)育。為此，他們使用了光技術(shù)來精確控制細(xì)胞的分化過程。

△相關(guān)生物3D打印示意圖（與本研究無關(guān)）

3D打印干細(xì)胞

ENLIGHT研究人員開發(fā)了一種新穎的3D打印技術(shù)，該技術(shù)通過光來塑造含細(xì)胞的生物墨水，而不是像傳統(tǒng)3D打印機(jī)那樣通過噴嘴擠壓，后者可能會損害細(xì)胞。

Levato解釋道：“我們使用光全息技術(shù)在某種介質(zhì)中創(chuàng)建一個物體的光學(xué)圖像。光全息技術(shù)是一種通過記錄和重建光波的干涉圖樣來獲取物體三維信息的方法。在這種3D光結(jié)構(gòu)中，培養(yǎng)基變成固體，而在其它區(qū)域則保持液體狀態(tài)，因此可以將其清洗掉。細(xì)胞被包裹在類似于活組織中細(xì)胞外基質(zhì)的明膠狀物質(zhì)中?！?br />
接下來，研究人員將細(xì)胞暴露在特定波長的光下，促使細(xì)胞成熟為能產(chǎn)生胰島素的細(xì)胞。目前，團(tuán)隊(duì)正在實(shí)驗(yàn)室中測試這些植入物，研究人員希望這種3D打印類器官能夠在本世紀(jì)末之前成為標(biāo)準(zhǔn)藥物開發(fā)程序的一部分。

3D打印技術(shù)在生物醫(yī)藥和食品生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊，尤其是在減少動物實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)可持續(xù)食品方面。特別是，研究人員正致力于開發(fā)經(jīng)濟(jì)高效的3D打印活體組織技術(shù)，旨在創(chuàng)造出能夠真實(shí)模擬生物組織質(zhì)地的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，從而在醫(yī)療和食品行業(yè)中發(fā)揮重要作用。