據(jù)報(bào)道，在總部位于美國舊金山Dogpatch社區(qū)的生物技術(shù)初創(chuàng)企業(yè)孵化器MBC Biolabs，許多科學(xué)家和實(shí)習(xí)生正在為小型初創(chuàng)企業(yè)Prellis Biologics工作，幫助其在開發(fā)可移植3D打印人體器官的道路上邁出了一大步。

Prellis Biologics公司成立于2016年，聯(lián)合創(chuàng)始人包括研究科學(xué)家梅勒妮·馬修(Melanie Matheu)和諾艾爾·穆林(Noelle Mullin)。這家公司把自己的未來(和300萬美元投資)押注在制造毛細(xì)血管的新技術(shù)上。毛細(xì)血管是只有1個細(xì)胞厚的血管，充當(dāng)氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)的運(yùn)送通道，以幫助滋養(yǎng)體內(nèi)各種器官。

馬修解釋稱，如果沒有正常發(fā)揮作用的毛細(xì)血管結(jié)構(gòu)，就不可能制造出器官。她說，在打印心臟、肝臟、腎臟和肺臟的過程中，它們是最重要的拼圖之一。美國萊斯大學(xué)(Rice University)生物工程學(xué)助理教授、3D打印植入式生物材料結(jié)構(gòu)專家喬丹·米勒(Jordan Miller)在一份聲明中說：“毛細(xì)血管系統(tǒng)是支持高級多細(xì)胞生命的基本建筑單位，因此它是自下而上的人體器官工程和再生醫(yī)學(xué)的重要目標(biāo)。”

現(xiàn)在，Prellis Biologics公司發(fā)表的研究成果表明，它能夠以特定尺寸和速度制造出3D打印器官，并在未來五年內(nèi)投入市場。該公司使用全息印刷技術(shù)，通過光誘導(dǎo)的化學(xué)反應(yīng)在5毫秒內(nèi)生成三維層。Prellis Biologics公司介紹稱，這一功能對于構(gòu)建腎臟或肺臟等器官組織至關(guān)重要。Prellis Biologics通過將光敏光引發(fā)劑與傳統(tǒng)生物墨水相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。傳統(tǒng)生物墨水可以使細(xì)胞材料在紅外線照射下發(fā)生反應(yīng)，從而催化生物墨水的聚合。

Prellis Biologics公司并非全息印刷技術(shù)的發(fā)明者。許多研究人員正在尋求將這種新方法應(yīng)用到多個行業(yè)的3D打印程序中，但該公司正以一種非常有潛力的方式將其應(yīng)用到生物制造中。在這個過程中，速度至關(guān)重要，因?yàn)檫@意味著細(xì)胞不會死亡，而且打印的器官組織仍然可自行發(fā)育。而在結(jié)構(gòu)內(nèi)部打印的能力意味著，Prellis公司的技術(shù)可以產(chǎn)生內(nèi)部支架以支持和維持周圍的有機(jī)材料發(fā)育。

Prellis Biologics公司并不是第一家開發(fā)3D器官打印技術(shù)的公司。對這項(xiàng)技術(shù)的研究已經(jīng)進(jìn)行了數(shù)十年，像BioBots這樣的公司已經(jīng)降低了打印活體組織的成本。

現(xiàn)在BioBots改名為Allevi，其創(chuàng)辦初衷和業(yè)務(wù)戰(zhàn)略都已發(fā)生轉(zhuǎn)變，現(xiàn)在更專注于開發(fā)軟件，以便讓其生物打印機(jī)更容易使用。Allevi幫助降低了生物打印設(shè)備的成本，其售價(jià)還不到10000美元。但Prellis Biologics公司認(rèn)為，擠壓印刷的限制意味著技術(shù)分辨率過低，創(chuàng)建毛細(xì)血管速度太慢，保持細(xì)胞存活也更難。

Prellis Biologics公司的器官在被移植到動物體內(nèi)之前，還需要放在生物反應(yīng)器中進(jìn)行維持。但不同的地方在于，該公司的目標(biāo)是制造完整的器官，而不是樣本組織或小細(xì)胞樣本。馬修說，生物反應(yīng)器可以模擬生物力學(xué)壓力，確保器官正常工作。高級數(shù)字組織成像和數(shù)據(jù)分析公司3Scan的首席執(zhí)行官托德·霍夫曼(Todd Huffman)說：“血管系統(tǒng)是復(fù)雜器官組織的關(guān)鍵特征，對于具有治療價(jià)值的工程組織來說是必不可少的。Prellis取得的進(jìn)步代表著人體器官工程的一個重要里程碑。”

馬修估計(jì)，該公司需要兩年半的時(shí)間和1500萬美元才能將可移植3D打印器官通過首次動物實(shí)驗(yàn)。她說:“我們將在動物體內(nèi)測試腎臟。”他們的目標(biāo)是打印出1/4大小的腎臟，將其移植到老鼠身上。馬修表示:“我們想要能夠移植到人體內(nèi)的腎臟。”

今年早些時(shí)候，英國曼徹斯特大學(xué)的研究人員首次利用干細(xì)胞中培育出功能正常的人類腎臟組織。科學(xué)家們將培養(yǎng)皿中的一小簇用于幫助血液過濾廢物的毛細(xì)血管植入到基因改造小鼠體內(nèi)。12周后，毛細(xì)血管長出了腎元，即構(gòu)成人類腎臟功能的元素。

馬修表示，我們的最終目標(biāo)是通過皮膚移植、血液、干細(xì)胞或骨髓的采集，從病人體內(nèi)輸出細(xì)胞，然后利用這些樣本創(chuàng)造出細(xì)胞材料來生長器官。她表示:“器官組織的排他性是我在設(shè)計(jì)過程中首先考慮的事情，也是我們可以解決的事情。”

當(dāng)Prellis Biologics公司花費(fèi)時(shí)間完善腎臟打印技術(shù)的同時(shí)，該公司正在尋找合作伙伴，將其制造技術(shù)應(yīng)用于其他器官的開發(fā)。馬修稱：“我們將與其他團(tuán)體合作，我們的技術(shù)將在培育出完整腎臟之前以許多其他方式進(jìn)入市場。”

去年，該公司概述了一項(xiàng)面向市場的戰(zhàn)略，包括開發(fā)實(shí)驗(yàn)室培育的組織，生產(chǎn)用于治療和藥物開發(fā)的抗體。Prellis Biologics公司首批用于臨床開發(fā)的目標(biāo)人體器官組織是名為胰島(islets of Langerhans)的細(xì)胞，也就是胰腺內(nèi)產(chǎn)生胰島素的單位。馬修聲稱：“1型糖尿病患者在很小的時(shí)候就失去了產(chǎn)生胰島素的胰島。如果我們能取代它們，我們就能給糖尿病患者提供無需每日注射胰島素和血糖監(jiān)測的生活。”

Matheu認(rèn)為，這項(xiàng)技術(shù)不僅是打印腎臟的新方法，還會給生物材料生產(chǎn)領(lǐng)域帶來根本性轉(zhuǎn)變。她說:“想象一下，如果你想制造用于檢測的腫瘤。在實(shí)驗(yàn)室里，你要花5個小時(shí)才能打印出一個腫瘤。而用我們的系統(tǒng)，你只要3.5秒。這是我們的基線光學(xué)系統(tǒng)，速度將在如何構(gòu)建細(xì)胞和基本結(jié)構(gòu)方面帶來巨大轉(zhuǎn)變，我們將不遺余力地授權(quán)這些技術(shù)。”

與此同時(shí)，隨著對器官捐獻(xiàn)需求的不斷增加，新技術(shù)也為移植器官短缺提供了解決方案。馬修說，在美國有1/7成年人患有某種腎臟疾病，她估計(jì)有9000萬人在生命的某個階段需要腎臟移植。每天大約有330人死于器官衰竭，如果有一種快速制造器官的方法，這些死亡就可以避免。

Prellis Biologics公司估計(jì)，由于人類組織和器官替代方案，以及用于藥物發(fā)現(xiàn)和毒理學(xué)檢測的人體組織需求激增，到2024年，全球器官組織工程市場規(guī)模將達(dá)到940億美元，遠(yuǎn)高于2015年的230億美元。馬修表示：“我們需要更快行動起來以幫助人們。”