3D打印活細胞技術為未來醫(yī)藥和替代動物測試鋪平道路

南極熊導讀：自20世紀80年代3D打印技術問世以來，它不僅在制造業(yè)中占據(jù)了重要地位，還擴展到生物打印領域，允許我們打印人體器官和再生組織。這樣的技術進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技術推向一個令人興奮的新方向。

Levato博士是荷蘭烏得勒支大學醫(yī)學中心和烏得勒支大學生物制造與再生醫(yī)學副教授，他領導著一個跨國研究團隊，成員來自比利時、意大利、荷蘭、瑞典和瑞士。作為2021年至2025 年ENLIGHT研究計劃的一部分，他們正在開發(fā)由人類細胞制成的微型3D打印胰腺。

該項目的目標是提升糖尿病新療法測試的可靠性和準確性，并有望在未來實現(xiàn)實驗室培育用于人體移植的器官。這項研究不僅可能革新醫(yī)療領域，還可能推動不需要動物實驗的產(chǎn)品發(fā)展鋪平道路。

△Levato領導一項名為PRISM-LT的多國研究計劃，旨在開發(fā)各種活體組織的經(jīng)濟高效的3D打印技術（傳送門）

活體藍圖

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

最初的實驗目標是為糖尿病患者提供幫助，實驗中使用了從干細胞中培養(yǎng)的胰島素生成細胞。然而，簡單地將這些細胞移植到患病的胰腺中只能提供短期的緩解。Levato說，這是因為這些細胞缺乏必要的支持。

△Riccardo Levato博士

他解釋說：“當你將這些細胞置于沒有結構、沒有血管、沒有保護材料的環(huán)境中時，它們會隨時間而死亡。這種情況通常只維持幾年，然后你就必須重新進行移植。”

Levato和ENLIGHT團隊正在嘗試通過3D打印技術來解決這一問題，目標是創(chuàng)造帶有血管的三維植入物，以支持細胞的長期存活。這一過程具有挑戰(zhàn)性，因為活細胞在傳統(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)細胞，還能在打印過程中提供必要的支持。隨后，他們需要引導細胞的分化過程，以確保器官能夠按照其遺傳“藍圖”正常發(fā)育。為此，他們使用了光技術來精確控制細胞的分化過程。

△相關生物3D打印示意圖（與本研究無關）

3D打印干細胞

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

Levato解釋道：“我們使用光全息技術在某種介質中創(chuàng)建一個物體的光學圖像。光全息技術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光結構中，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。細胞被包裹在類似于活組織中細胞外基質的明膠狀物質中?！?br />
接下來，研究人員將細胞暴露在特定波長的光下，促使細胞成熟為能產(chǎn)生胰島素的細胞。目前，團隊正在實驗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末之前成為標準藥物開發(fā)程序的一部分。

3D打印技術在生物醫(yī)藥和食品生產(chǎn)領域的應用前景廣闊，尤其是在減少動物實驗和生產(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)濟高效的3D打印活體組織技術，旨在創(chuàng)造出能夠真實模擬生物組織質地的復雜結構，從而在醫(yī)療和食品行業(yè)中發(fā)揮重要作用。