TissueLabs 使用3D生物打印制造人造器官，突破器官移植壁障

當(dāng)我們想到醫(yī)療領(lǐng)域的3D打印時(shí)，最令人興奮的應(yīng)用之一無(wú)疑是生物打印。這種用干細(xì)胞制成的生物墨水創(chuàng)造細(xì)胞結(jié)構(gòu)的方法，因其廣泛的應(yīng)用而吸引了許多人，包括創(chuàng)造皮膚、組織甚至器官。在美國(guó)，等待器官移植的名單上大約有105,909名男性、女性和兒童，每天至少有17人因等待移植而死亡，所以如何創(chuàng)造人工器官一直是一個(gè)研究熱點(diǎn)。盡管目前業(yè)內(nèi)已經(jīng)取得了一些進(jìn)展，但距離真正臨床應(yīng)用仍然需要進(jìn)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機(jī)開(kāi)發(fā)的創(chuàng)業(yè)公司。該公司的創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Gabriel Liguori是一名醫(yī)學(xué)博士，擁有心血管再生醫(yī)學(xué)和胸腔及心血管外科的博士學(xué)位。他在2018年登上了福布斯富豪榜（30歲以下人士），并被《麻省理工科技評(píng)論》提名為年輕一代最具創(chuàng)新精神的人之一（MIT Innovators Under 35）。一直以來(lái)，Gabriel都在領(lǐng)導(dǎo)TissueLabs在實(shí)驗(yàn)室里開(kāi)發(fā)人工器官，以解決目前器官移植的局限性

△GabrielLiguori博士

談及他的研究經(jīng)歷，Gabriel表示：“我從博士期間開(kāi)始研究生物打印，雖然這并不是我研究論文的中心。我的論文主要集中在支架種植技術(shù)，但我仍說(shuō)服我的導(dǎo)師購(gòu)買一臺(tái)3D生物打印機(jī)，以便我們能夠開(kāi)發(fā)組織工程的血管移植物，因?yàn)槲业恼撐恼n題是關(guān)于血管組織工程的新方法。在購(gòu)買過(guò)程中，我們開(kāi)始遇到系統(tǒng)的問(wèn)題。幾個(gè)月后，我完成了在格羅寧根大學(xué)（荷蘭）的博士學(xué)習(xí)，實(shí)際上當(dāng)時(shí)并沒(méi)有設(shè)法用生物打印機(jī)做我所期望的事情。然后搬到了巴西，在那里我有機(jī)會(huì)在圣保羅大學(xué)開(kāi)始一個(gè)新的組織工程實(shí)驗(yàn)室。在那里，我決定從另一家公司購(gòu)買一臺(tái)生物打印機(jī)，該公司是我之前合作的公司的主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。不幸的是，我又一次失望了�！�

在命運(yùn)的安排下，Gabriel遇到了現(xiàn)在的商業(yè)伙伴艾默生-莫雷托（Emerson Moretto）。當(dāng)時(shí)的Emerson正在開(kāi)發(fā)一個(gè)項(xiàng)目，測(cè)試Gabriel在實(shí)驗(yàn)室里所設(shè)計(jì)的那些血管的抵抗力。Emerson出于興趣開(kāi)發(fā)了自己的生物打印機(jī)，但這深深吸引住了Gabriel的注意力。對(duì)于制造血管移植物來(lái)說(shuō)，這款打印機(jī)更簡(jiǎn)單，但更有效。因此，Gabriel開(kāi)始放棄了選擇昂貴的系統(tǒng)，轉(zhuǎn)而開(kāi)始使用他的打印機(jī)，這改變了他們的生活。

TissueLabs公司的創(chuàng)建初衷

Gabriel創(chuàng)辦TissueLabs是為了能夠創(chuàng)造用于移植的生物人工心臟，這是因?yàn)樗�本身自出生時(shí)便患有先天性心臟病，這也迫使他從出生的第一周起便成了醫(yī)院里的�？�。幸運(yùn)的是，雖然病情嚴(yán)重，但Gabriel得到了適當(dāng)?shù)闹委煟涸趦蓺q時(shí)做了心臟手術(shù)，此后恢復(fù)順利。然而，許多孩子沒(méi)有Gabriel那么幸運(yùn)，他們可能需要進(jìn)行心臟移植。然而，要為這些病人找到器官是非常困難的，主要是因?yàn)榫栀?zèng)者的數(shù)量很少，尤其是在這個(gè)年齡段。

△照片來(lái)源。TissueLabs

由于幼年時(shí)期的個(gè)人經(jīng)歷，Gabriel決定成為一名醫(yī)生，于2014年畢業(yè)于醫(yī)學(xué)專業(yè)。當(dāng)他在醫(yī)學(xué)院學(xué)習(xí)時(shí)接觸到了了組織工程，并了解到這項(xiàng)技術(shù)在創(chuàng)造生物人工組織和器官以供未來(lái)移植方面的潛力。然后，他便決定進(jìn)一步研究這個(gè)話題，并暫停自己的醫(yī)學(xué)生涯，在這個(gè)領(lǐng)域攻讀博士學(xué)位。在2019年結(jié)束時(shí)，Gabriel做出了一個(gè)艱難的決定，不再繼續(xù)從事醫(yī)療事業(yè)。相反，他開(kāi)始專注于研究和開(kāi)發(fā)，嘗試把這項(xiàng)技術(shù)帶給病人。最初，他考慮在學(xué)術(shù)界做這件事，這也是其巴西創(chuàng)辦實(shí)驗(yàn)室的原因。但他也很快意識(shí)到，如果想把科學(xué)付諸實(shí)踐，就應(yīng)該在一個(gè)公司里做，這就是其創(chuàng)立TissueLabs的原因。

Gabriel等人在巴西創(chuàng)辦了公司，但在開(kāi)始運(yùn)營(yíng)后的幾個(gè)月內(nèi)，他們就把它搬到了瑞士，發(fā)現(xiàn)這里非常適合生物技術(shù)創(chuàng)業(yè)公司，而且環(huán)境獨(dú)特。從那時(shí)起，TissueLabs公司經(jīng)歷了巨大的增長(zhǎng)，他如今的客戶群每年都在翻倍。

TissueLab的生物打印機(jī)

TissueLabs公司目前推出了兩款生物打印系統(tǒng)：TissueStart™，一個(gè)基于擠壓的系統(tǒng)；TissueRay™，一個(gè)基于立體成像的系統(tǒng)。

TissueStart™是在2020年首次推出的。TissueLabs是為剛開(kāi)始從事生物制造的科學(xué)家設(shè)計(jì)了它。它提供了市場(chǎng)上最好的成本效益，基于雙頭活塞的系統(tǒng)起價(jià)為7,999美元，與傳統(tǒng)的氣動(dòng)系統(tǒng)相比，它對(duì)生物墨水的擠出有更多的控制。與此相反，他們的生物打印機(jī)具有回吸能力，確保精確的開(kāi)始和結(jié)束點(diǎn)，減少生物墨水損失和過(guò)度擠壓。它是一個(gè)緊湊和易于使用的系統(tǒng)，僅重約4公斤（約9磅），并且不需要空氣壓縮機(jī)。它還有一個(gè)獨(dú)特的、專有的擠出系統(tǒng)，被稱之為Mixtrusor™，能夠結(jié)合不同的生物墨水，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的三維組織。它是用有機(jī)玻璃建造的，具有高抗性、長(zhǎng)耐久性和易清洗性。

△由TissueLabs開(kāi)發(fā)的生物打印機(jī)（圖片來(lái)源：TissueLabs）

TissueRay™打印機(jī)是在2021年底推出，它是市場(chǎng)上第一臺(tái)掩膜立體光刻（MSLA）3D生物打印機(jī)，為3D生物打印帶來(lái)了光的速度。它提供了高分辨率和吞吐量的完美結(jié)合，4K屏幕提供35微米的點(diǎn)距（XY理論分辨率）和10微米的電機(jī)驅(qū)動(dòng)的Z-精度。根據(jù)材料的不同，它的打印速度可以達(dá)到每層1秒。它有一個(gè)193cm3的構(gòu)建體積，有一個(gè)6×6cm的圓形底座。這臺(tái)打印機(jī)最酷的地方在于，可以根據(jù)客戶的需求來(lái)定制它。不是每個(gè)人都使用相同的光引發(fā)劑；因此，不是每個(gè)人都使用相同的標(biāo)準(zhǔn)405nm波長(zhǎng)。例如，TissueLabs可以為使用釕的客戶選擇420納米的波長(zhǎng)，或?yàn)槭褂眉t光的客戶選擇530nm的波長(zhǎng)，僅舉幾例。TissueRay™基于光的系統(tǒng)允許創(chuàng)建微流控設(shè)備、芯片上的器官、充滿細(xì)胞的構(gòu)造以及用于組織工程和再生醫(yī)學(xué)的支架。這個(gè)系統(tǒng)的起價(jià)僅為15,999美元。

最后，TissueLabs還提供生物材料，供研究人員進(jìn)行更傳統(tǒng)的3D細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，無(wú)論是否有生物打印機(jī)。除了常規(guī)生物打印機(jī)所使用的生物材料，如海藻酸鹽、GelMA、Pluronics等，TissueLabs還提供15種不同組織的特定水凝膠：脂肪、骨、腦、軟骨、結(jié)腸、腎、肝、肺、肌肉、心肌、胰腺、皮膚、脾、胃和血管。它們被稱為MatriXpec™水凝膠，能夠?yàn)槿�維細(xì)胞培養(yǎng)提供組織特定的微環(huán)境，允許在模仿本地細(xì)胞外基質(zhì)的生物線索的代表性基質(zhì)中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。這些水凝膠有兩種不同的版本，一種是熱交聯(lián)的，另一種是光交聯(lián)的，適應(yīng)研究界的不同需求。

△照片來(lái)源：TissueLabs

Tissuelabs生物打印機(jī)的應(yīng)用

目前，全世界有一百多個(gè)實(shí)驗(yàn)室在20個(gè)不同的國(guó)家使用Tissuelabs公司的產(chǎn)品，所以有很多研究在開(kāi)展。應(yīng)用是無(wú)限的，主要受限于終端用戶的創(chuàng)造力。

舉幾個(gè)例子：

• 3D打印自氧材料來(lái)制造微組織；
• 創(chuàng)造軟骨組織來(lái)研究腱鞘炎；
• 開(kāi)發(fā)迷你腸道來(lái)研究營(yíng)養(yǎng)吸收和結(jié)腸直腸癌；
• 在體外復(fù)制肺泡微環(huán)境來(lái)研究肺癌;
• 生物打印心臟細(xì)胞以研究其在不同機(jī)械刺激下的行為；
• 工程皮膚以替代動(dòng)物模型；
• 制造胰腺組織以研究糖尿�。�
• 開(kāi)發(fā)口腔和牙齒組織的再生策略;
• 以及先天和后天的骨缺陷;
  

……

生物打印在醫(yī)療領(lǐng)域的未來(lái)

3D生物打印未來(lái)會(huì)有很多變化，目前出現(xiàn)眾多打印技術(shù)是一個(gè)很好的開(kāi)始，但它們并不能制造實(shí)際的生物人工器官。Gabriel認(rèn)為生物打印仍處于起步階段，還有很多事情要做。創(chuàng)新是這一領(lǐng)域的關(guān)鍵因素，有許多有待開(kāi)發(fā)的東西，如果你立足于目前可用的解決方案，那么想象未來(lái)就變得很有挑戰(zhàn)性。我們可能會(huì)看到新的系統(tǒng)使用的技術(shù)甚至還沒(méi)有被發(fā)明出來(lái)。TissueLabs將確保站在這種發(fā)展的最前沿。