3D打印人體器官臨近！

據(jù)報道，在總部位于美國舊金山Dogpatch社區(qū)的生物技術(shù)初創(chuàng)企業(yè)孵化器MBC Biolabs，許多科學家和實習生正在為小型初創(chuàng)企業(yè)Prellis Biologics工作，幫助其在開發(fā)可移植3D打印人體器官的道路上邁出了一大步。

Prellis Biologics公司成立于2016年，聯(lián)合創(chuàng)始人包括研究科學家梅勒妮·馬修(Melanie Matheu)和諾艾爾·穆林(Noelle Mullin)。這家公司把自己的未來(和300萬美元投資)押注在制造毛細血管的新技術(shù)上。毛細血管是只有1個細胞厚的血管，充當氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)的運送通道，以幫助滋養(yǎng)體內(nèi)各種器官。

馬修解釋稱，如果沒有正常發(fā)揮作用的毛細血管結(jié)構(gòu)，就不可能制造出器官。她說，在打印心臟、肝臟、腎臟和肺臟的過程中，它們是最重要的拼圖之一。美國萊斯大學(Rice University)生物工程學助理教授、3D打印植入式生物材料結(jié)構(gòu)專家喬丹·米勒(Jordan Miller)在一份聲明中說：“毛細血管系統(tǒng)是支持高級多細胞生命的基本建筑單位，因此它是自下而上的人體器官工程和再生醫(yī)學的重要目標。”

現(xiàn)在，Prellis Biologics公司發(fā)表的研究成果表明，它能夠以特定尺寸和速度制造出3D打印器官，并在未來五年內(nèi)投入市場。該公司使用全息印刷技術(shù)，通過光誘導的化學反應(yīng)在5毫秒內(nèi)生成三維層。Prellis Biologics公司介紹稱，這一功能對于構(gòu)建腎臟或肺臟等器官組織至關(guān)重要。Prellis Biologics通過將光敏光引發(fā)劑與傳統(tǒng)生物墨水相結(jié)合來實現(xiàn)這一點。傳統(tǒng)生物墨水可以使細胞材料在紅外線照射下發(fā)生反應(yīng)，從而催化生物墨水的聚合。

Prellis Biologics公司并非全息印刷技術(shù)的發(fā)明者。許多研究人員正在尋求將這種新方法應(yīng)用到多個行業(yè)的3D打印程序中，但該公司正以一種非常有潛力的方式將其應(yīng)用到生物制造中。在這個過程中，速度至關(guān)重要，因為這意味著細胞不會死亡，而且打印的器官組織仍然可自行發(fā)育。而在結(jié)構(gòu)內(nèi)部打印的能力意味著，Prellis公司的技術(shù)可以產(chǎn)生內(nèi)部支架以支持和維持周圍的有機材料發(fā)育。

Prellis Biologics公司并不是第一家開發(fā)3D器官打印技術(shù)的公司。對這項技術(shù)的研究已經(jīng)進行了數(shù)十年，像BioBots這樣的公司已經(jīng)降低了打印活體組織的成本。

現(xiàn)在BioBots改名為Allevi，其創(chuàng)辦初衷和業(yè)務(wù)戰(zhàn)略都已發(fā)生轉(zhuǎn)變，現(xiàn)在更專注于開發(fā)軟件，以便讓其生物打印機更容易使用。Allevi幫助降低了生物打印設(shè)備的成本，其售價還不到10000美元。但Prellis Biologics公司認為，擠壓印刷的限制意味著技術(shù)分辨率過低，創(chuàng)建毛細血管速度太慢，保持細胞存活也更難。

Prellis Biologics公司的器官在被移植到動物體內(nèi)之前，還需要放在生物反應(yīng)器中進行維持。但不同的地方在于，該公司的目標是制造完整的器官，而不是樣本組織或小細胞樣本。馬修說，生物反應(yīng)器可以模擬生物力學壓力，確保器官正常工作。高級數(shù)字組織成像和數(shù)據(jù)分析公司3Scan的首席執(zhí)行官托德·霍夫曼(Todd Huffman)說：“血管系統(tǒng)是復雜器官組織的關(guān)鍵特征，對于具有治療價值的工程組織來說是必不可少的。Prellis取得的進步代表著人體器官工程的一個重要里程碑。”

馬修估計，該公司需要兩年半的時間和1500萬美元才能將可移植3D打印器官通過首次動物實驗。她說:“我們將在動物體內(nèi)測試腎臟。”他們的目標是打印出1/4大小的腎臟，將其移植到老鼠身上。馬修表示:“我們想要能夠移植到人體內(nèi)的腎臟。”

今年早些時候，英國曼徹斯特大學的研究人員首次利用干細胞中培育出功能正常的人類腎臟組織。科學家們將培養(yǎng)皿中的一小簇用于幫助血液過濾廢物的毛細血管植入到基因改造小鼠體內(nèi)。12周后，毛細血管長出了腎元，即構(gòu)成人類腎臟功能的元素。

馬修表示，我們的最終目標是通過皮膚移植、血液、干細胞或骨髓的采集，從病人體內(nèi)輸出細胞，然后利用這些樣本創(chuàng)造出細胞材料來生長器官。她表示:“器官組織的排他性是我在設(shè)計過程中首先考慮的事情，也是我們可以解決的事情。”

當Prellis Biologics公司花費時間完善腎臟打印技術(shù)的同時，該公司正在尋找合作伙伴，將其制造技術(shù)應(yīng)用于其他器官的開發(fā)。馬修稱：“我們將與其他團體合作，我們的技術(shù)將在培育出完整腎臟之前以許多其他方式進入市場。”

去年，該公司概述了一項面向市場的戰(zhàn)略，包括開發(fā)實驗室培育的組織，生產(chǎn)用于治療和藥物開發(fā)的抗體。Prellis Biologics公司首批用于臨床開發(fā)的目標人體器官組織是名為胰島(islets of Langerhans)的細胞，也就是胰腺內(nèi)產(chǎn)生胰島素的單位。馬修聲稱：“1型糖尿病患者在很小的時候就失去了產(chǎn)生胰島素的胰島。如果我們能取代它們，我們就能給糖尿病患者提供無需每日注射胰島素和血糖監(jiān)測的生活。”

Matheu認為，這項技術(shù)不僅是打印腎臟的新方法，還會給生物材料生產(chǎn)領(lǐng)域帶來根本性轉(zhuǎn)變。她說:“想象一下，如果你想制造用于檢測的腫瘤。在實驗室里，你要花5個小時才能打印出一個腫瘤。而用我們的系統(tǒng)，你只要3.5秒。這是我們的基線光學系統(tǒng)，速度將在如何構(gòu)建細胞和基本結(jié)構(gòu)方面帶來巨大轉(zhuǎn)變，我們將不遺余力地授權(quán)這些技術(shù)。”

與此同時，隨著對器官捐獻需求的不斷增加，新技術(shù)也為移植器官短缺提供了解決方案。馬修說，在美國有1/7成年人患有某種腎臟疾病，她估計有9000萬人在生命的某個階段需要腎臟移植。每天大約有330人死于器官衰竭，如果有一種快速制造器官的方法，這些死亡就可以避免。

Prellis Biologics公司估計，由于人類組織和器官替代方案，以及用于藥物發(fā)現(xiàn)和毒理學檢測的人體組織需求激增，到2024年，全球器官組織工程市場規(guī)模將達到940億美元，遠高于2015年的230億美元。馬修表示：“我們需要更快行動起來以幫助人們。”