研究人員利用3D打印制作功能性肝組織單元

來自烏得勒支大學(xué)（荷蘭）的一個團(tuán)隊(duì)致力于新型3D生物打印技術(shù)及其在醫(yī)學(xué)和生物醫(yī)學(xué)研究中的應(yīng)用，該研究團(tuán)隊(duì)剛剛發(fā)表了一項(xiàng)關(guān)于大規(guī)模功能性肝單元體積生物打印的新研究。該研究題為"類器官和光學(xué)調(diào)諧水凝膠的生物打印以建立肝臟樣代謝生物工廠"，發(fā)表在材料科學(xué)和3D打印領(lǐng)域領(lǐng)先的科學(xué)期刊之一Advanced Materials（Wiley）雜志上。它是開放獲取的，目前以電子方式提前出版，補(bǔ)充信息中提供了更多數(shù)字和內(nèi)容。

正如烏得勒支大學(xué)副教授、該研究的作者之一Riccardo Levato告訴南極熊的那樣，研究人員能夠超快速（<20秒）大規(guī)模（>1 立方厘米）進(jìn)行肝臟單元生物打印，這些單元具有功能性，能夠執(zhí)行天然肝臟在我們體內(nèi)執(zhí)行的關(guān)鍵毒素消除過程。為了實(shí)現(xiàn)這一突破，他們開發(fā)了一種通過可見光斷層掃描進(jìn)行體積生物打印的新方法。生物打印如此大的肝臟功能單元的能力將為再生醫(yī)學(xué)和藥物開發(fā)測試（DDT）開辟新的機(jī)會。

此前，在2019年，南極熊報道了同一團(tuán)隊(duì)在生物制造領(lǐng)域首次開創(chuàng)這種技術(shù)時取得的成果的報道。應(yīng)該注意的是，體積生物打印是一種3D打印，可以同時從各個方向構(gòu)建零件和結(jié)構(gòu)，被認(rèn)為是未來實(shí)現(xiàn)復(fù)雜器官3D生物打印的關(guān)鍵。從這項(xiàng)工作中，該團(tuán)隊(duì)在洛桑的合作者的衍生產(chǎn)品Readyly3D應(yīng)運(yùn)而生。

研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一個關(guān)鍵技術(shù)"使細(xì)胞透明"，這樣它們就可以克服體積印刷的主要限制，即避免印刷偽影和由于細(xì)胞引起的光散射而導(dǎo)致的分辨率損失。通過這種方式，所有細(xì)胞打印應(yīng)用都可以真正實(shí)現(xiàn)體積生物打印。由于體積打印依賴于3D中光線的精確形貌，因此通常只能在高度透明的材料中實(shí)現(xiàn)。然而，高濃度的細(xì)胞可以散射光，以至于阻礙某些打印。

在這項(xiàng)工作中，研究人員開發(fā)了一種使用生物友好型化合物的新材料配方，該化合物目前在醫(yī)學(xué)上用作冠狀動脈造影劑（碘沙醇），其基本上可以"使細(xì)胞透明"。通過這種方式，即使在組織工程應(yīng)用所需的高細(xì)胞密度下，它們也可以實(shí)現(xiàn)高打印保真度。此外，類似的策略可以在生物打印領(lǐng)域之外使用，例如，用微粒和納米顆粒（陶瓷，金屬等）打印復(fù)合樹脂。

研究人員首次通過打印類器官構(gòu)建了一個大型（>1立方厘米）可行且功能正常的肝臟單元。類器官是小型化的（最大1毫米）干細(xì)胞制成的單位。使用安全光，超快速的制造速率和體積生物打印的非接觸性方式允許保持類器官的安全和活力。

烏得勒支大學(xué)的研究小組展示了如何將細(xì)胞打印到不同的3D結(jié)構(gòu)中，可以提高它們作為肝臟工作的能力，這表明生物打印確實(shí)可以用來改善打印結(jié)構(gòu)和天然組織之間的功能相似性。他們還展示了印刷結(jié)構(gòu)如何成功地消除可能對我們身體有害的化合物的能力。通過生物打印，我們還創(chuàng)造了不同的多孔結(jié)構(gòu)，可以注入營養(yǎng)物質(zhì)，并"取代"血管的作用。