3D 打印微流體技術(shù)有望發(fā)展成為新的腦癌治療方法

2024年3月11日，南極熊獲悉，佐治亞理工學(xué)院(Georgia Tech) 研究員 Rafael Davalos 與芯片器官模型3D 打印技術(shù)領(lǐng)先者Phase之間展開合作，這一舉措標(biāo)志著腦部疾病治療領(lǐng)域的一次重大飛躍，標(biāo)志著該領(lǐng)域取得了根本性進(jìn)展。此次合作伙伴關(guān)系利用美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院(NIH)提供的為期兩年 180 萬(wàn)美元的資助，在通過(guò) 3D 打印重建血腦屏障模型方面取得了進(jìn)展。這項(xiàng)創(chuàng)新有望通過(guò)改進(jìn)藥物測(cè)試和開發(fā)過(guò)程，為治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病和腦癌的新療法鋪平道路。

△弗吉尼亞理工大學(xué)校友、Phase 聯(lián)合創(chuàng)始人 Jeff Schultz（左）和生物醫(yī)學(xué)工程與力學(xué)領(lǐng)域的 Rafael Davalos（右）。圖片由 Phase 提供。

為神經(jīng)系統(tǒng)疾病和腦癌創(chuàng)造有效治療方法的挑戰(zhàn)在于人腦的復(fù)雜性和保護(hù)它的血腦屏障。傳統(tǒng)方法嚴(yán)重依賴動(dòng)物測(cè)試，通常無(wú)法預(yù)測(cè)人類反應(yīng)，導(dǎo)致新藥開發(fā)周期昂貴且耗時(shí)。然而，引入微流體設(shè)備將通過(guò)在實(shí)驗(yàn)室中更準(zhǔn)確地模仿人類生理環(huán)境來(lái)改變游戲規(guī)則。

Davalos 是佐治亞理工學(xué)院和埃默里大學(xué)華萊士 H. 庫(kù)爾特生物醫(yī)學(xué)工程系的 Margaret P. 和 John H. Weitnauer Jr. 主席，他正在帶領(lǐng)一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)利用 3D 技術(shù)重建血腦屏障模型印刷技術(shù)。他強(qiáng)調(diào)了這種新制造方法的潛力，可以深入了解現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的細(xì)胞通信。他的團(tuán)隊(duì)與 Phase 合作，利用 3D 打印來(lái)增強(qiáng)微流體的功能，為生物技術(shù)的進(jìn)步提供了一個(gè)有希望的方向。

Davalos說(shuō)：“我相信這種制造微流體裝置的新方法將使研究人員能夠加深對(duì)細(xì)胞如何在生理相關(guān)環(huán)境中進(jìn)行通信的理解，這是以前無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。”

△RafaelDavalos。圖片由弗吉尼亞理工大學(xué)的斯賓塞·羅伯茨提供。

微流體學(xué)是一門通過(guò)微小通道操縱流體的科學(xué)，是開發(fā)器官芯片模型的基礎(chǔ)。這些設(shè)備使用活細(xì)胞模擬人體的某些部位來(lái)測(cè)試藥物的效果和安全性，而無(wú)需進(jìn)行人體測(cè)試。Phase將 3D 打印應(yīng)用于該領(lǐng)域不僅拓寬了微流體的可能性，而且使這一創(chuàng)新技術(shù)更接近市場(chǎng)，有可能加速向有需要的患者提供新的治療方法。

Phase 的專有平臺(tái)成立于 2020年，使 PDMS（一種廣泛用于微流體的硅基有機(jī)聚合物）和其他生物相容性材料能夠以商業(yè)規(guī)模和以前無(wú)法達(dá)到的分辨率進(jìn)行 3D 打印。弗吉尼亞理工大學(xué)校友杰夫·舒爾茨 (Jeff Schultz) 獲得博士學(xué)位。2003 年獲得材料工程博士學(xué)位，現(xiàn)任公司首席執(zhí)行官兼聯(lián)合創(chuàng)始人。Phase 的根源可以追溯到其在北卡羅來(lái)納州科尼利厄斯First TurnInnovations企業(yè)孵化器的運(yùn)作，舒爾茨此前曾強(qiáng)調(diào)他們?cè)卺t(yī)療設(shè)備 3D 打印方面的工作具有變革潛力。

Schultz 的公司是一個(gè)跨學(xué)科研究小組的一部分，該小組包括哈佛醫(yī)學(xué)院和馬薩諸塞州總醫(yī)院的副教授Seemantini Nadkarni，他將開發(fā)一種系統(tǒng)來(lái)測(cè)試芯片器官創(chuàng)建過(guò)程中PDMS 固化的動(dòng)力學(xué)。設(shè)備，以及弗吉尼亞理工大學(xué)機(jī)械工程教授Amrinder Nain，他將為該模型制造納米多孔膜模擬物。該團(tuán)隊(duì)共同致力于解決非常復(fù)雜的醫(yī)療挑戰(zhàn)。

△Davalos從事微流體研究和癌癥治療技術(shù)的開發(fā)。圖片由弗吉尼亞理工大學(xué)的斯賓塞·羅伯茨提供

幸運(yùn)的是，類似的研究案例并不稀少。全球范圍內(nèi)，各種研究機(jī)構(gòu)、大學(xué)和公司正在開發(fā)類似的技術(shù)來(lái)解決神經(jīng)系統(tǒng)疾病和腦部疾病。例如，哈佛大學(xué)Wyss 研究所以其創(chuàng)新的生物工程方法而聞名，包括用于研究腦部疾病和在受控環(huán)境中測(cè)試神經(jīng)治療藥物的芯片腦系統(tǒng)中的 3D 打印。麻省理工學(xué)院(MIT)的研究人員一直在開發(fā)用于研究大腦的微流體設(shè)備和 3D 打印系統(tǒng)，包括了解神經(jīng)退行性疾病和血腦屏障的模型。

同樣，約翰·霍普金斯大學(xué)的科學(xué)家開發(fā)了可以模仿大腦結(jié)構(gòu)和功能的器官芯片平臺(tái)，以更好地了解大腦疾病并測(cè)試潛在的治療方法。加州大學(xué)歐文分校(UCI) 的研究人員也在開發(fā)微流體設(shè)備和器官芯片模型方面為該領(lǐng)域做出了貢獻(xiàn)，包括對(duì)影響大腦的疾病進(jìn)行建模和研究。這些突破性的療法為世界各地的患者帶來(lái)了更光明的未來(lái)。