3D生物打印突破性成果，T&R biofab完成打印肝脏组织移植手术

导读：2021年7月20日，南极熊获悉，韩国3D生物打印机制造商T&R Biofab首次通过生物打印技术成功制造了肝脏组织，并将其移植到动物试验对象体内。

T&R biofab研究人员采用一台改良型3DX生物打印机，将球形微组织塑造成结构，这些结构复制了人类肝脏内的 "小叶"。一旦植入实验室小鼠体内，所产生的 "微器官 "显示出良好的生存能力和结构稳定性，有可能使它们向未来的肝脏再生疗法迈出重要一步。

T&R Biofab公司科学战略主管Paulo André Marinho说："我们的研究重点是，3D生物打印实际上可以使细胞三维结构发生变化。我们制作了一种表型相关的组织，一旦注入动物体内，其增殖效果大大优于没有结构的3D打印对应物。此外，它似乎是第一个成功地完全生物打印高度组织化的构造，移植后几乎没有观察到细胞死亡或纤维化的组织。"

△研究人员开发的3D生物打印和植入技术。图片来自《Advanced Materials journal.》

生物打印的肝小叶

一般来说，人体是由几个不同的多鳞片组织和器官组成的，肝脏是一个特别高度血管化的例子。在人类的肝脏中，大约80%是由被称为肝小叶的小功能单元组成的，而3D生物打印技术的进步正日益使复制这些构件成为可能，并创建更厚、更可行的软组织模型。

然而，培养这些肝细胞仍然被证明是困难的，特别是当试图为潜在的移植提供具有足够血管化和细胞活力的生物打印器官。生物打印小叶的主要缺点之一在于用于创建它们的技术，因为基于紫外线的方法往往需要使用交联剂，而交联剂可能对肝细胞有毒，破坏它们的活力。

同样，在以前的研究中，如果肝脏在微观尺度上被生物打印并被移植，它们只能让动物试验对象多活5到25天，这也限制了这种方法在人体中的应用。为了解决这个问题，并开发出一种能在更高的细胞放置精度下生产出更有活力的组织的方法，T&R Biofab的团队去年开发了一种新型的挤压技术。

实际上，研究人员修改后的方法涉及使用一个带有肝细胞、内皮细胞和无细胞生物墨水插槽的叶状盒来生产血管结构，但将这些材料挤压成3D层仍被证明是麻烦的，而且发现它们崩溃的风险高度依赖于其组成材料的属性。

现在，在最初研究成功的基础上，韩国团队已经采用微流控方法来开发其技术的第二次迭代，该技术能够产生小叶状的球状体，其生存能力大幅提高，使其在基于人类细胞的治疗应用和病人特定药物的研发方面具有潜力。

△十多天的细胞存活率成像，T&R Biofab团队的小叶样品比那些非结构化的样品显示出更大的细胞生存能力。图片来自《Advanced Materials journal》

肝脏组织移植的成功

通过他们的新技术，T&R Biofab的科学家们基本上结合了挤压和微流控乳化，以高速生产球状体，尺寸均匀，不需要交联。在实践中，该团队的方法看到他们再次用细胞填充前体盒，但这次他们把它们沉积成横截面形状，使它们具有天然的耐久性。

马林霍解释说："微流控技术的使用使制备微肝球体不需要将纤维切成碎片，它带来了高通量的药物筛选、开发。而且，幸运的是，正如我们在论文中所证明的那样，在细胞中没有活力损失的情况下，可重复性非常高。"

在测试过程中，研究团队通过生产几个小叶微组织球状体来评估他们的改进方法，与非结构化的样品相比，每个样品都显示出增强的细胞活力。更重要的是，在最初实验的四天后，血管结构已经长到了大约20微米的宽度，这种分辨率对于许多传统的挤压式生物打印机来说仍然是遥不可及的。

制作一个小到250微米的球体，并具有高度分隔的结构，模仿体内组织的表型，这是闻所未闻的。在证明了他们技术的有效性之后，研究人员继续将他们打印的小叶注射到实验室小鼠体内，以测试其植入潜力。小叶样本不仅在体内形成了血管，而且与非结构化的替代物相比，它们的结构完整性得到了明显改善，同时几乎没有活力损失。

因此，T&R Biofab的科学家们认为，尽管他们的球状体本身并不新颖，但它们拥有一种在业内 "闻所未闻 "的体内分区结构，因此只要进行进一步的研发，这项技术就可以用来开发"革命性 "的治疗方法，从而恢复受损人体器官的功能。

马林霍总结道："我们没有做临床试验，所以我们不能肯定结果在人类身上是一样的，但是，如果任何研究人员想增加使组织疗法获得成功的机会，他/她至少应该考虑他/她的工程组织是否会更好，如果它们在移植前与体内组织的表型相似。"

器官3D生物打印的潜力

虽然像T&R Biofab正在开发的技术最终可以完全放弃对完全打印的器官的需求，但多个研究小组目前正在努力实现这一目标。例如，3D Systems公司通过"从打印到灌注"项目，正在开发一种超精确的3D生物打印方法，以实现全尺寸、血管化的人类肺部支架。

同样地，EPFL分拆出来的Readily3D在开发3D打印人类胰腺模型的工作中取得了重大进展。作为欧盟资助的Enlight项目的一部分，该公司的技术据说能够在短短30秒内为糖尿病药物测试应用生产组织。

在其他地方，3D生物打印专家对其创建可移植器官的可行性仍然存在分歧，天然和合成组织之间的相互作用被认为是一个潜在的问题。据大脑研究所的Juan Carlos Marvizon说，理论上这种器官可以被编程以防止宿主的排斥反应，尽管这还没有在实践中得到检验。

研究人员的研究结果在他们题为 "Production of MultipleCell-Laden Microtissue Spheroids with Biomimetic Hepatic Lobule-like Structure "的论文中得到了详细说明。

这项研究由Gyusik Hong, Jin Kim, Hyeongkwon Oh,Seokhwan Yun, Chul Min Kim, Yun-Mi Jeong, Won-Soo Yun, Jin-Hyung Shim, IlhoJang, C-yoon Kim和Songwan Jin共同撰写。