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当我们想到医疗领域的3D打印时，最令人兴奋的应用之一无疑是生物打印。这种用干细胞制成的生物墨水创造细胞结构的方法，因其广泛的应用而吸引了许多人，包括创造皮肤、组织甚至器官。在美国，等待器官移植的名单上大约有105,909名男性、女性和儿童，每天至少有17人因等待移植而死亡，所以如何创造人工器官一直是一个研究热点。尽管目前业内已经取得了一些进展，但距离真正临床应用仍然需要进行研究。
TissueLabs公司是一家致力于生物打印人工器官的和生物打印机开发的创业公司。该公司的创始人兼首席执行官Gabriel Liguori是一名医学博士，拥有心血管再生医学和胸腔及心血管外科的博士学位。他在2018年登上了福布斯富豪榜（30岁以下人士），并被《麻省理工科技评论》提名为年轻一代最具创新精神的人之一（MIT Innovators Under 35）。一直以来，Gabriel都在领导TissueLabs在实验室里开发人工器官，以解决目前器官移植的局限性
△GabrielLiguori博士
谈及他的研究经历，Gabriel表示：“我从博士期间开始研究生物打印，虽然这并不是我研究论文的中心。我的论文主要集中在支架种植技术，但我仍说服我的导师购买一台3D生物打印机，以便我们能够开发组织工程的血管移植物，因为我的论文课题是关于血管组织工程的新方法。在购买过程中，我们开始遇到系统的问题。几个月后，我完成了在格罗宁根大学（荷兰）的博士学习，实际上当时并没有设法用生物打印机做我所期望的事情。然后搬到了巴西，在那里我有机会在圣保罗大学开始一个新的组织工程实验室。在那里，我决定从另一家公司购买一台生物打印机，该公司是我之前合作的公司的主要竞争对手。不幸的是，我又一次失望了。”
在命运的安排下，Gabriel遇到了现在的商业伙伴艾默生-莫雷托（Emerson Moretto）。当时的Emerson正在开发一个项目，测试Gabriel在实验室里所设计的那些血管的抵抗力。Emerson出于兴趣开发了自己的生物打印机，但这深深吸引住了Gabriel的注意力。对于制造血管移植物来说，这款打印机更简单，但更有效。因此，Gabriel开始放弃了选择昂贵的系统，转而开始使用他的打印机，这改变了他们的生活。
TissueLabs公司的创建初衷
Gabriel创办TissueLabs是为了能够创造用于移植的生物人工心脏，这是因为他本身自出生时便患有先天性心脏病，这也迫使他从出生的第一周起便成了医院里的常客。幸运的是，虽然病情严重，但Gabriel得到了适当的治疗：在两岁时做了心脏手术，此后恢复顺利。然而，许多孩子没有Gabriel那么幸运，他们可能需要进行心脏移植。然而，要为这些病人找到器官是非常困难的，主要是因为捐赠者的数量很少，尤其是在这个年龄段。
△照片来源。TissueLabs
由于幼年时期的个人经历，Gabriel决定成为一名医生，于2014年毕业于医学专业。当他在医学院学习时接触到了了组织工程，并了解到这项技术在创造生物人工组织和器官以供未来移植方面的潜力。然后，他便决定进一步研究这个话题，并暂停自己的医学生涯，在这个领域攻读博士学位。在2019年结束时，Gabriel做出了一个艰难的决定，不再继续从事医疗事业。相反，他开始专注于研究和开发，尝试把这项技术带给病人。最初，他考虑在学术界做这件事，这也是其巴西创办实验室的原因。但他也很快意识到，如果想把科学付诸实践，就应该在一个公司里做，这就是其创立TissueLabs的原因。
Gabriel等人在巴西创办了公司，但在开始运营后的几个月内，他们就把它搬到了瑞士，发现这里非常适合生物技术创业公司，而且环境独特。从那时起，TissueLabs公司经历了巨大的增长，他如今的客户群每年都在翻倍。
TissueLab的生物打印机
TissueLabs公司目前推出了两款生物打印系统：TissueStart™，一个基于挤压的系统；TissueRay™，一个基于立体成像的系统。
TissueStart™是在2020年首次推出的。TissueLabs是为刚开始从事生物制造的科学家设计了它。它提供了市场上最好的成本效益，基于双头活塞的系统起价为7,999美元，与传统的气动系统相比，它对生物墨水的挤出有更多的控制。与此相反，他们的生物打印机具有回吸能力，确保精确的开始和结束点，减少生物墨水损失和过度挤压。它是一个紧凑和易于使用的系统，仅重约4公斤（约9磅），并且不需要空气压缩机。它还有一个独特的、专有的挤出系统，被称之为Mixtrusor™，能够结合不同的生物墨水，实现复杂的三维组织。它是用有机玻璃建造的，具有高抗性、长耐久性和易清洗性。
△由TissueLabs开发的生物打印机（图片来源：TissueLabs）
TissueRay™打印机是在2021年底推出，它是市场上第一台掩膜立体光刻（MSLA）3D生物打印机，为3D生物打印带来了光的速度。它提供了高分辨率和吞吐量的完美结合，4K屏幕提供35微米的点距（XY理论分辨率）和10微米的电机驱动的Z-精度。根据材料的不同，它的打印速度可以达到每层1秒。它有一个193cm3的构建体积，有一个6×6cm的圆形底座。这台打印机最酷的地方在于，可以根据客户的需求来定制它。不是每个人都使用相同的光引发剂；因此，不是每个人都使用相同的标准405nm波长。例如，TissueLabs可以为使用钌的客户选择420纳米的波长，或为使用红光的客户选择530nm的波长，仅举几例。TissueRay™基于光的系统允许创建微流控设备、芯片上的器官、充满细胞的构造以及用于组织工程和再生医学的支架。这个系统的起价仅为15,999美元。
最后，TissueLabs还提供生物材料，供研究人员进行更传统的3D细胞培养实验，无论是否有生物打印机。除了常规生物打印机所使用的生物材料，如海藻酸盐、GelMA、Pluronics等，TissueLabs还提供15种不同组织的特定水凝胶：脂肪、骨、脑、软骨、结肠、肾、肝、肺、肌肉、心肌、胰腺、皮肤、脾、胃和血管。它们被称为MatriXpec™水凝胶，能够为三维细胞培养提供组织特定的微环境，允许在模仿本地细胞外基质的生物线索的代表性基质中进行实验。这些水凝胶有两种不同的版本，一种是热交联的，另一种是光交联的，适应研究界的不同需求。
△照片来源：TissueLabs
Tissuelabs生物打印机的应用
目前，全世界有一百多个实验室在20个不同的国家使用Tissuelabs公司的产品，所以有很多研究在开展。应用是无限的，主要受限于终端用户的创造力。
举几个例子： - 3D打印自氧材料来制造微组织；
- 创造软骨组织来研究腱鞘炎；
- 开发迷你肠道来研究营养吸收和结肠直肠癌；
- 在体外复制肺泡微环境来研究肺癌;
- 生物打印心脏细胞以研究其在不同机械刺激下的行为；
- 工程皮肤以替代动物模型；
- 制造胰腺组织以研究糖尿病；
- 开发口腔和牙齿组织的再生策略;
- 以及先天和后天的骨缺陷;
……
生物打印在医疗领域的未来
3D生物打印未来会有很多变化，目前出现众多打印技术是一个很好的开始，但它们并不能制造实际的生物人工器官。Gabriel认为生物打印仍处于起步阶段，还有很多事情要做。创新是这一领域的关键因素，有许多有待开发的东西，如果你立足于目前可用的解决方案，那么想象未来就变得很有挑战性。我们可能会看到新的系统使用的技术甚至还没有被发明出来。TissueLabs将确保站在这种发展的最前沿。
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