3D生物打印是一种高度先进的制造平台,可用于打印细胞组织,最终甚至可以打印出重要的器官。这有望为医学开辟新的天地,并直接造福需要器官移植的患者。
患者无需等待合适的捐献者,也无需承担移植器官被身体排斥的风险,而是可以获得专门定制的器官来替换受损的器官。然而,尽管过去20年来3D生物打印技术取得了长足的进步,但在制造复杂的3D仿生组织结构方面,仍然缺乏显著的突破。
新加坡科技设计大学 (SUTD)、南洋理工大学 (NTU) 和亚洲大学的研究人员指出,组织培养技术亟需加速发展,以解决生物打印多细胞三维组织构建体成熟为功能性组织的瓶颈问题。他们的研究论文题为“给我打印一个器官!为什么我们还没出现?”,已发表在《高分子科学进展》(Advances in Polymer Science) 期刊上。
本文中,研究人员还对生物打印技术的最新进展进行了深入回顾和分析。此外,还分析了生物墨水开发、新型生物打印技术的应用以及组织成熟策略。特别关注了聚合物科学的作用,以及它如何与3D生物打印技术相辅相成,克服器官打印领域的一些主要障碍,例如实现仿生、血管生成和与3D解剖结构相关的生物结构(如下图所示)。
动态共培养灌注系统等互补策略的使用被认为是确保生物打印组织构建体成熟和组装的关键。尽管现在可以制造出能够成熟为血管化且部分功能化的人体组织或器官,但由于组织特异性细胞外基质 (ECM) 和组织成熟过程的复杂性,以及缺乏支持多种细胞类型的合适共培养基,生物打印人体特异性组织或器官的行业发展仍然滞后——此外,移植前还需要对组织进行进一步的预处理。
“尽管3D生物打印仍处于早期阶段,但近年来取得的显著进展表明,实验室培育功能性器官的最终目标是实现的。然而,为了推动医学的进步,我们必须克服组织制造方面的技术挑战。特定的生物墨水并不能优化组织成熟过程。这将最终对患者的生活产生巨大影响,许多患者的未来可能取决于3D生物打印技术的发展,”该论文的第一作者蔡志凯教授说道。
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