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3D打印活体器官?生物3D打印发展现状

2021-09-10 15:25     来源:上海科普公园     3D打印
依照材料的发展与生物性能的差别,我们将医疗领域的3D打印分为两类:非生物3D打印与生物3D打印。

非生物3D打印是指利用非生物材料和3D打印技术来打印非生物假体,非生物材料包括塑料、树脂、金属等,主要应用于齿科、骨科、医疗器械、辅助器械(术前模拟)、医用教学等医疗领域。

生物3D打印是基于活性生物材料、细胞组织工程、MRI与CT技术以及3D 重构技术等而进行的活体3D打印,其目标是打印活体器官。


生物3D打印效果图

生物3D打印有区别于传统的3D打印技术,它是基于活性生物材料、细胞组织工程、MRI与CT技术以及3D重构技术等而进行的活体3D打印,其目标是打印活体器官。我们按照打印的层次,可将生物3D打印分为简单生命体打印与复杂生命体打印两类。简单生命体打印如血管支架、软骨等;复杂生命体打印如心脏、肝脏、肾脏等脏器的打印。

目前的生物3D打印大多处于实验室阶段,且国内外已经有了一些研究成果,大多现有成果都是关于简单生命体或是细胞组织的打印。2009 年9月,美国Organovo公司与医疗设备制造商Invetech完成了合作项目,制造出名为NovoGen MMX 的生物打印机,这是世界上第一台商用生物3D打印机,用来打印功能血管。Organovo 公司发明的“NovoGen”生物平台,该平台技术可从人体提取出细胞成分(Human cells),然后将细胞成分与水凝胶等其他细胞混合物混合,制成生物墨水(Bio-Ink),之后再由生物3D打印机(Bioprinter)按照模型参数,将生物墨水部署在特定的空间位臵,形成一个3D 组织(3D Human Tissues),来帮助细胞沉积与生长,最终形成类似于人体肝脏环境的肝脏组织。2014 年11 月,Organovo 公司推出了全球第一款商用3D 打印人体肝脏组织exVive3D™,用于毒理学和其他临床药物测试。


NovoGen MMX生物打印机(图片来源:Organovo)

Organovo重点开发的产品包括三种类型:

1. 用于体外临床前测试的标准化3D组织

此种产品主要用于临床前测试安全性和有效性的评估,辅助或替代传统2D组织与动物实验。

2. 高度定制化活性人体组织,用于药物的筛选与开发

这类产品包括用生物墨水打印的血管、肝脏组织、皮肤组织、肾组织、肺组织和肿瘤组织,利用3D 打印技术可实现多细胞排列和微血管结构,形成复杂的多细胞疾病模型,更好地协助靶向治疗心血管、肺部、肝脏、肾脏疾病以及肿瘤,进行药物筛选与开发。

3. 用于治疗过程的可植入3D 组织

Organovo 的最终目标是利用生物支架与活细胞开发出可临床使用的3D人体组织,用于修复受损组织或替换人体器官。


用于毒理学和其他临床药物测试的3D打印机exVive3D(图片来源:Organovo)

2015 年4 月,Organovo 又在波士顿实验生物学会上公布了世界上第一个3D打印肾脏组织的数据,该组织与exVive3D™肝脏组织一样,也可用于药物发现与测试,帮助成千上万的肾病患者。

2016年10月,Organovo公司宣布将开发用于人体移植的3D打印肝脏组织,这让活体器官组织移植不再停留在传说和猜测阶段。Organovo的活体移植计划将先针对两种疾病治疗需求:慢加急性肝衰竭(ACLF)与小儿代谢性肝脏疾病。在美国,慢加急性肝衰竭每年影响超过150000人,并导致肝功能的恶化。Organovo的3D生物打印移植肝组织可对ACLF和小儿肝脏代谢肝脏疾病情况提供有效的治疗方案。


Organovo生物打印设备

国内方面,2013年,来自杭州电子科技大学等高校的科学家研发出中国首台自主知识产权细胞组织3D打印机,该3D打印机使用生物医用高分子材料、无机材料、水凝胶材料以及活细胞,目前已成功打印出较小比例的人类耳朵软骨组织、肝脏单元等。

2016 年12月,蓝光英诺3D生物打印研发取得重大突破,3D生物打印血管植入恒河猴体内实验取得成功。蓝光英诺利用自主研发3D 生物血管打印机构建出具有生物活性的人工血管,并将其置换实验动物体内一段腹主动脉血管,经过连续的监测和观察,3D生物打印的血管与恒河猴自身腹主动脉血管完全融为一体。

今日小结

今天跟大家分享了生物3D打印龙头企业Organovo公司的研发历程,其实是给大家介绍了全球生物3D打印产业的一个小片段。通过今天的介绍,希望大家能理解以下三点:

第一,目前的生物3D打印大多处于研发阶段,间接地在实际治疗中发挥作用,而能够直接应用于治疗的产品并未开发出来,Organovo基本能够代表当前生物3D打印水平的发展现状;

第二,目前3D打印在医疗领域已经取得了不少令人可喜的成果,但生物3D打印正处于并可能长期处于发展的初级阶段,产品研发到面市的过程也十分漫长;

第三,如今,资本市场对于3D打印行业的认识已经日趋理性,我们认为能够支撑资本市场信心的关键在于,公司是否能够推出具有突破性的研究成果,让投资者“看见未来”。



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