醫(yī)療“革命” 3D生物打印

3D打印出人體器官?這或許在20年前根本不能想象，如今卻有可能通過3D生物打印機來實現。“當然我們所用材料不是墨水，而是‘生物墨水’，即細胞。”邁克·瑞納德(Michael Renard)對本報記者表示，如何創(chuàng)造這些“生物墨水”正是技術的關鍵。
邁克·瑞納德是美國Organovo公司執(zhí)行副總裁兼商業(yè)運營官。這是一家來自美國圣地亞哥專注3D打印制造生物組織并用于藥物研究和外科運用的公司，該公司通過和美國專門學術機構以及其他商業(yè)公司合作，研發(fā)技術。一個最開始靠天使投資設立于2007年的小公司，成為全球第一家擁有3D生物打印技術的公司。
2010年，其高調推出了第一款商業(yè)化的3D生物打印機并用于制造組織，但是其并沒有公開銷售，而選擇進行低調在幾個固定學術機構進行科研使用。
“現在我還不能向你透露具體運營臺數和造價，但是這些生物3D打印機目前用于我們自身的研究室、還有一些選擇性的學術機構，用于研究組織工程學。”瑞納德表示。
但根據美國《華爾街日報》對此的報道顯示，該公司目前已經有10余臺3D生物打印機，每臺造價在數十萬美元。
目前，通過此技術利用細胞可以打印出具有功能性的人體組織，但是尚還不能完成復雜的器官打印。
然而瑞納德表示，最終的目標是能夠打印出可移植的人體器官，“當然我們近期的目標還是將著力于醫(yī)療研究和藥物尋找上。
除此之外，面對一些研究實際難題，瑞納德表示，“我們現在關注于制造出更大的人體組織，與微型血管系統結合。”
“生物墨水”的秘密
一般而言，銀、塑料或是鈦等材料利用3D打印機可以生產出一個個實際的物體，或是玩具，抑或是珠寶等。
而對于3D生物打印機而言，這一切都不是那么簡單，因為其所需要的是“生物墨水”。
“我們所用材料來源為細胞。”瑞納德表示。
本報記者從Organovo以及其合作研究機構處了解到，目前這些細胞主要有四種來源：成人干細胞(adult stem cells)、誘導多能干細胞(induced pluripotent stem cells，簡稱 IPS細胞)、原始細胞(primary cells)以及祖細胞(progenitor cells)。
與之相對，其他相似機構則是使用人造生物材料或是異基因的材料用以設計和最終組織的構成。
“但是，相比而言，我們生產的組織是有功能性的、100%的人體組織、無支架以及脫細胞的組件。”瑞納德表示。
有了這些細胞材料后，通過在3D生物打印機的作用下，理論上各式各樣的組織就能形成了。
根據美國實驗室最新研究報告顯示，該類打印機能夠生產出組織結構，通過一層一層的架構最終形成3D造型體，如適用于血管的管子和適用于關節(jié)的波狀軟骨。
據了解，Organovo問世的3D生物打印機擁有以激光為導向的印刷噴嘴，而這個噴嘴可以噴出由不同細胞混合的“墨水”。而每一滴“墨水”就是含有10000至30000萬個細胞的一滴溶液，最終形成人體組織。
“這些細胞在開始必須精心的準備，使其能夠在生物打印機上得到精確的布置和處置。”瑞納德表示。
目前該款號稱全球第一款商業(yè)化的3D生物打印機并沒有直接推向市場，但瑞納德表示，他們選擇將其運用于自身的科研以及提供給合作伙伴。
“因為，盡管目前用其可以設計制造出很多人體組織，但另一方面可以通過這個過程去獲得更多有價值的專門技術。”
據本報記者了解，目前Organovo最重要的合作伙伴為美國輝瑞制藥公司(Pfizer Inc)、美國聯合治療集團(United Therapeutics Corp)、哈佛醫(yī)學院以及哥倫比亞大學等。
面臨三大難題
3D生物打印還處于實驗室階段，而且面臨著形成組織的強度不夠、培育組織的存活問題以及缺乏電腦化的工具，解決個性化器官設計的難題。
根據公開的資料顯示，目前3D生物打印機能夠非常成功的生產出簡單的組織結構，大約由20層細胞構成。如以厚度為標準衡量，其僅為幾百微米，相當于人類少許的頭發(fā)。
然而，目前使用3D生物打印機生產出來的一些更大組織，其自身力度很差，甚至連自身的磨損都不能承受。
此外，怎樣使這些被生產出的組織得到存活是科學界關注的話題。
“一個重要的挑戰(zhàn)是弄清楚怎樣養(yǎng)活這些組織。”賓夕法利亞大學組織精密加工實驗室主任克里斯多夫(Christopher Chen)曾經接受媒體采訪時表示。
對此，瑞納德則表示他們注意到了這些挑戰(zhàn)，并對本報記者表示，“能夠將選好的細胞和既定的設計結合起來完成細胞融合、組織形成和所需形態(tài)的過程，最終生產出有效的人類組織。而這一點是整個技術的重中之重。”
另外，對于相關電腦軟件問題，Organovo已與全球頂尖的軟件服務公司Autodesk合作，并于上周宣布兩家公司將合作開發(fā)第一款用于人體器官建模的軟件。
對于此次合作細節(jié)，瑞納德并未向本報記者過多透露。但是他卻表示雙方合作的第一階段將是組建一個雙邊的項目小組，相關進展消息將會在2013年陸續(xù)公布。
11億美元市場誕生
除此之外，瑞納德還向本報記者詳細介紹了接下來發(fā)展方向。
“我們現在正在做的一件事情是設計和建立人體組織，并在2014年作為商業(yè)發(fā)布。這些組織將會被用于試管實驗加以推動醫(yī)療研究和藥品發(fā)現領域的發(fā)展。”
由此可見，該技術目前處實驗室醫(yī)療研究和藥品發(fā)現階段，而并非臨床器官移植。
但是這一切并不意味著現在3D生物打印機不具有商業(yè)價值。恰恰相反，一個巨大的商業(yè)市場正在孕育。
根據BBC市場研究報告顯示，Organovo已經重點關注的3D生物打印機運用于藥物發(fā)現研究以及毒性測試行業(yè)，全球市場價值達到了11億美元。
由于被嚴格控制的臨床實驗以及相關監(jiān)管體系，目前很難得到相關實驗批準，即在病人治療上使用這些組織。而且目前也很難預測何時能將生物打印組織療法用于臨床。
不過，瑞納德還是樂觀預測，“未來十年有可能看到第一次簡單的補充性療法，而更加復雜的移植療法將未來二十年間出現。”