3D打印人体器官越来越近 这家公司打算5年内推出器官替代产品

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3D组织打印公司Prellis Biologics日前宣布,其打印技术在速度和分辨率上取得了突破性进展,可以打印出功能性毛细血管来构建人体组织,并预计在未来5年内将打印人体替代器官产品并推向市场。
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  Prellis Biologics的方法是使用基于激光的全息打印技术,速度比传统方式快1000倍。

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

  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)押注于制造毛细血管的新技术——单细胞厚血管是氧气通道营养物质通过滋养体内组织。

  根据Matheu的说法,没有毛细血管结构的功能,制造器官是不可能的。她表示,这是寻求打印可行的心脏,肝脏,肾脏和肺部的难题中最重要的一部分。

  “微血管系统是支持先进多细胞生命的基础建筑单位,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Jordan Miller说道。

  3D打印器官的视频展示了直径5微米(与红血球大小相同)的微小荧光颗粒 - 移动通过平行印刷的105个毛细管阵列,在700微米直径的管内。每根毛细管长250微米。

  现在Prellis Biologics公布了一些研究结果,表明它可以在未来五年内以大小和速度生产这些毛细管,从而将3D打印的器官投放市场。

  Prellis Biologics使用全息打印技术(Holographic Printing Technology),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,这种功能对于建立像肾或肺等组织非常重要。Prellis Biologics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,从而催化加速聚合物的聚合过程。

  一些研究人员正在寻求将全息打印技术这种新方法应用于多个行业的3D打印方案中。目前,该公司主要在以一种看起来很有前景的方式将该技术应用于生物加工。

  当然,速度很重要——因为这意味着不会发生细胞死亡,并且打印的组织仍然可用。在结构内打印的能力意味着Prellis的技术可以生成内部脚手架来支撑和维持围绕它的有机材料,根据该公司。

  上述视频由Prellis Biologics提供,展示了实时打印细胞封装设备,该设备可用于生产含类固醇的小型人类细胞。该结构被设计成可渗透的,其直径为200微米,可容纳2000个单元。

  Prellis Biologics不是第一家开发3D生物打印的公司。这项技术已经有数十年的研究,像Allevi(旧公司名称为BioBots)这样的公司正不断努力降低打印活体组织的成本。

  据Allelle公司的一份报告,这家名为Allevi的公司已经看到了其创始人的部分方式和业务战略转变(现在主要致力于开发使生物打印机更容易使用的软件)。Allevi削减了成本,使用价格低于10,000美元的设备进行生物打印。但Prellis认为,挤出印刷的局限性意味着技术的精度太低,太慢而无法形成毛细血管并保持细胞存活。

  Prellis Biologics的器官也需要放置在生物反应器中以维持它们的活性,然后再将它们移植到动物体内,但区别在于公司的目标是生成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确保器官功能正常的生物力学压力。

  “脉管系统是复杂组织的关键特征,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的首席执行官Todd Huffman说。 “Prellis Biologics的进步代表着工程师设计工作的一个关键里程碑。”

  Matheu估计,需要两年半的时间和1500万美元进行第一次动物试验,带来可植入器官。“这将会让一只测试肾脏进入动物体内,”她说。

  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东西,我们将把它移植到人体内。”

  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出功能丰富的人类肾脏组织。科学家植入了一小群毛细血管,将从培养皿中生长的血液中的废物过滤到基因工程小鼠中。12周后,毛细血管生长出肾单位——构成功能性人体肾脏的元素。

  最终,该愿景是通过皮肤移植或血液,干细胞或骨髓收获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表示:“组织排斥是我在思考如何设计流程以及如何做到的第一件事。”

  虽然Prellis Biologics正在花时间努力完善肾脏印刷技术,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。 “在全肾之前,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。该公司为打印用于临床开发的第一个目标人体组织是名为“朗格汉斯胰岛”(islets of Langerhans)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失去了产胰岛素的朗格汉斯胰岛。如果我们能够取代这些,我们可以为糖尿病患者提供无需每日胰岛素注射和血糖监测的生活,”Matheu当时在一份声明中说。

  Matheu认为,她和她的联合创始人所开发的技术与制造生物材料的根本性转变一样,是一种打印肾脏的新工艺。

  “想象一下,如果你想建立一个肿瘤进行检测……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……速度是如何转变的,你如何建立细胞和基础结构,我们将努力实现这一目标。”

  同时,器官捐赠短缺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。

  据她表示,每天大约有330人死于器官衰竭,如果制造这些器官的方法很快,那么这些死亡人数就会大大降低。Prellis Biologics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理学测试的人体组织,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。
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