可移植3D打印器官即将问世

2018-06-26 09:10:21 文/信息化观察网 作者/编译 原创

MBC Biolabs是旧金山Dogpatch社区生物技术初创企业的孵化器,为小型创业公司Prellis Biologics工作的科学家和实习生团队在开发人类可行的3D打印器官方面迈出了重要一步。

这家由研究科学家Melanie Matheu和Noelle Mullin于2016年成立的公司,将其未来(以及300万美元的小额投资)用于开发制造毛细血管的新技术,氧气和营养物质能够通过单细胞厚的血管来滋养体内组织。

根据Matheu的说法,如果没有正常的毛细管结构,是不可能制造出器官的。她说,这是寻求打印可用的心脏、肝脏、肾脏和肺部的难题中最重要的一部分。

“微血管系统是维系多细胞生命的最基本的架构单元,因此它是自下而上人体组织工程和再生医学的关键目标。”莱斯大学生物工程助理教授、3D打印植入式生物材料结构专家乔丹·米勒说道。

Prellis当前公布了一些研究结果,表明他们可以制造出这些毛细管,从而在未来五年内将3D打印器官投入市场。

Prellis使用全息打印技术,可以在5毫秒内产生由光诱导化学反应沉积的三维层。

据该公司介绍,这种功能对于制造像肾或肺等组织非常重要。 Prellis通过将光敏光引发剂与传统生物粘合剂相结合来实现这一点,当使用红外光照射时,可使细胞材料发生反应,从而催化聚合物的聚合。

Prellis并没有发明全息印刷技术。一些研究人员正在寻求将这种新方法应用于多个行业的3D打印中,但该公司正在以一种很有前景的方式将该技术应用到生物加工方面。

该公司表示,速度是很重要的,因为这意味着不会发生细胞死亡的情况,并且打印的组织仍然可用,而在结构内打印的能力意味着Prellis的技术可以生成内部结构来支撑和维系围绕它的有机材料。

Prellis不是第一家开发3D器官打印技术的公司。这项技术已经有数十年的研究,像BioBots这样的公司(已经在TechCrunch舞台上首次亮相)已经降低了打印活体组织的成本。

Allelle公司的一份报告称,这家名为Allevi的公司(即以前的BioBots)的创始人也已分道扬镳,并且进行了业务战略转变(现在主要致力于开发使生物打印机更容易使用的软件)。Allevi通过使用价格低于10,000美元的设备,从而削减了生物打印的成本,但Prellis认为挤压打印成本的局限性意味着技术成本太低,速度太慢而无法制造出毛细血管并保持细胞存活。

Prellis表示,Prellis的器官需要放置在生物反应器中以维系这些器官的存活,然后再将它们移植到动物体内,但区别在于公司的目标是制造出完整的器官而不是样品组织或小细胞样品。Matheu说,生物反应器可以模拟生物力学压力,从而确保器官能够正常工作。

“脉管系统是复杂组织的一个重要特征,对于具有治疗价值的工程组织是必不可少的,”高级数字组织成像和数据分析公司3Scan(以及Prellis顾问)的首席执行官Todd Huffman说道,“‘Prellis’的进步是工程化器官的一个关键里程碑。”

Matheu预计需要两年半的时间和1500万美元才能进行首次动物器官移植试验。“这会将测试肾脏移植到动物体内。”她说。

这一目标是打印可以移植到大鼠体内的四分之一大小的肾脏。Matheu说:“我们想要一些能够处理肾脏的技术,然后将它移植到人体内。”

今年早些时候,曼彻斯特大学的研究人员首次从干细胞中培养人类肾脏组织。科学家将一小群能够过滤培养皿中培养的血液中的废物物质的毛细血管移植到用于基因工程的小鼠中。12周后,毛细血管生长出肾元——构成人体肾脏的元素。

最终,该愿景是通过皮肤移植或血液、干细胞或骨髓,从患者体内输出细胞,然后使用这些样品制造可生长器官的细胞材料。 Matheu说:“组织排斥性是我在思考如何设计流程以及我们应该如何解决的第一个问题。”

虽然Prellis正在花时间努力完善肾脏打印技术,但该公司正在寻找合作伙伴,以采用其制造技术并开发其他器官的开发流程。

“我们将与其他团队合作,”Matheu说,“在制造出完整的肾脏之前,我们的技术将以其他许多方式进入市场。”

去年,该公司概述了一种上市策略,其中包括开发实验室生长的组织以生产用于治疗和药物开发的抗体。该公司为用于临床开发打印的第一个目标人体组织是名为“胰岛”的细胞,它们是产生胰岛素的胰腺内的单位。

“1型糖尿病患者在年轻时候就失去了产胰岛素的胰岛。如果我们能够取代这些,糖尿病患者就无需每天都进行胰岛素注射和血糖监测。”Matheu当时在一份声明中说道。

Matheu认为,她和她的联合创始人所开发的技术是制造生物材料的一次根本性转变,是一种打印肾脏的新工艺。

“想象一下,如果你想制造一个肿瘤用于检测......在实验室里,需要5个小时才能打印出一个......使用我们的系统需要三秒半的时间,”Matheu说,“这是我们的基准光学系统......我们将努力实现如何建立细胞和基础结构这一目标。”

同时,器官捐赠的需求也在不断增长。Matheu说,美国有七分之一的成年人患有某种肾病,她估计有9000万人在他们一生中的某个时候需要肾脏移植。

Matheu说,每天大约有330人死于器官衰竭,如果我们能够快四制造这些器官,那么就不会有这么高的死亡率。 Prellis估计,由于需要人体组织和器官替代替代品,以及用于药物发现和毒性测试的人体组织,全球组织工程市场到2024年将达到940亿美元,高于2015年的230亿美元。

“我们需要快速地去帮助人们。”Matheu说。

原文作者:Jonathan Shieber

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