四家非典型生物打印公司解读：除了复制外壳，更需要功能性“内核”

多学科融合下，精准医学正在到来。分子遗传学和生物细胞学作为对精准医学领域做出直接贡献的重要参与者，在3D生物打印中也发挥着重要作用。

在3D生物打印中，分子遗传学和细胞生物学结合机械工程技术可以精确地打印出器官模型，可用于加快药物开发、测试药物疗效和作为可植入的组织或器官。全球首家微流控+3D生物打印公司全球首家微流控+3D生物打印公司

"我们更注重功能而不是结构."Aspect Biosystems(以下简称“Aspect”)创始人兼首席执行官塔梅尔·穆罕默德(Tamer Mohamed)表示，“我们不必创造出类似于人体内组织(器官)的结构。”

Aspect Biosysterns是一家加拿大3D生物打印公司，它使用微流体技术(一种精确控制和操纵微尺度流体的技术)进行生物打印。2013年从不列颠哥伦比亚大学独立出来。

“使用微流体技术进行3D打印非常灵活，”穆罕默德举例说。利用微流控技术可以将所有颜色组合起来，通过工程设计技术实现生物打印。为了将丰富的颜色应用于生物打印，该设备的微流体打印头采用集成阀系统，可以精确控制不同颜色或材料的排放顺序。

Aspect生物打印模型除了可以精确构建人体器官模型，还有特定的效果。

该公司正在开发一种可以实现胰岛B细胞功能的植入物，从而检测I型糖尿病患者的葡萄糖指数并产生胰岛素。

这种植入物是由胰腺细胞通过3D打印制成的，它覆盖着一层保护层，因此它隐藏在异源细胞中。这个保护层必须由无免疫原性的材料制成，并且需要有足够的韧性在患者体内停留数年。

为了制造胰腺细胞，Aspect与不列颠哥伦比亚大学细胞学和生理科学教授TimothyKieffer博士达成了合作。Kieffer博士开发的将干细胞分化为胰岛B细胞的有效方案将用于Aspect的3D打印。

人类多能干细胞有能力分化成不同类型的功能细胞，但也有患癌的风险。因此，Aspect bioprinter会将所有需要的材料(细胞)分开放置，确保“细胞在出现任何问题时都可以轻松移除”，并阻断反应。

Mohamed断言，“我们是全球第一个、也是唯一一个将微流控技术与3D打印结合用于生物打印的团队。”

穆罕默德断言，“我们是世界上第一个也是唯一一个将微流体技术与3D打印结合起来进行生物打印的团队。”

“打印器官”:用器官芯片测试药效

体外“打印器官”是3D打印提升精准医疗水平的另一种方式。

瑞士生物打印公司RegenHU正在开发一种器官芯片，用于测试类风湿性关节炎药物的疗效。该公司加入了由欧盟资助的新药测试项目——FLAMIN-GO。

它的器官芯片可以覆盖关节环境中滑膜细胞、白细胞、血管、软骨、骨骼和许多其他不同因素之间的相互作用。RegenHU的首席执行官simonMacKenzie博士说:“可以在器官芯片中测试病人自己的细胞，以找出最适合病人的药物。”

RegenHUt正在为这个项目定制3D打印设备和软件系统，并为研究人员提供培训和技术支持。该公司最新的打印设备R-Gen100可以提供高重复性和高精度打印，同时保持细胞活性。

R-Gen 100有五个独立的插槽，每个插槽可以填充不同的材料，并设置不同的温度。麦肯齐说，“生物打印时，保持细胞温度至关重要。”

同时，可以使用不同的挤压技术来印刷具有不同特性的材料。例如，机械活塞可能最适合粘性材料，而气动打印可以降低剪切力，提高弱细胞的生存能力。结合系统的灵活性和高精度，用户可以创建由各种材料组成的复杂的3D结构。

MacKenzie提到，“我们的许多客户正在尝试构建一些非常复杂的3D细胞模型，而我们可以根据客户不同的意愿进行定制。”

麦肯齐提到，“我们的许多客户都在尝试构建一些非常复杂的3D细胞模型，我们可以根据客户的不同愿望对它们进行定制。”

功能性血管的3D打印

无论是学术研究还是工业制造，一个功能器官的构建都需要血液的供应。

“每种不同的组织都有独特的细胞成分”，高级解决方案生命科学(ASLS)的首席科学家James(Jay)Hoying博士说，他是高级解决方案的子公司。“几乎每个组织都有血管，所以我们如何建立一个可以与组成组织的细胞合作的血液供应？”

为了解决这个问题，Hoying开发了一种从脂肪组织生成血管的方法——血管组学，“获取脂肪，然后去除脂肪细胞”。

Hoying解释说，脂肪组织高度血管化，毛细血管遍布脂肪床。把毛细血管拿过来砸碎。当这些毛细血管回到组织环境中时，它们仍将具有生长成更大血管的能力。

“血管可以像在体内一样在培养皿中生长，”Hoying指出。生物打印毛细血管附近的组织细胞可以创造一个新血管可以生长到组织中的环境，并建立一个可以供应血流的血管系统。

他强调血管系统在肿瘤模型的构建中非常重要。“要在体外捕捉尽可能多的肿瘤生物信息，血液的供应非常重要。”

ASLS将血管组学与六轴3D打印硬件系统相结合，开发了人类肿瘤学个人评估平台(HOPE)。

复制患者的肿瘤，再结合功能性血管系统，测试各种药物的疗效，找出最适合患者的治疗方案。

此外，ASLS还在开发用于移植的3D生物打印骨骼，这种骨骼具有患者自身细胞的脉管系统。对患者受损的骨骼进行CT扫描，设计出与患者解剖结构完全匹配的3D生物打印替代骨骼。目前，BioBonet正在进行临床前测试。

As的生物打印机已经被世界各地的实验室用于制造皮肤、角膜、胰腺和其他身体结构。

ASLS首席执行官Michael w.Golway表示，“将平台移交给可以将整个职业生涯都投入到某个特定器官的科学家，这是我们的战略之一。”“我们的目标就是为这些科学家提供加快生物打印从研发到临床应用的平台。”

ASLS首席执行官迈克尔·w·戈尔威(Michael w.Golway)表示，“将平台交给那些可以将整个职业生涯奉献给特定器官的科学家，这是我们的策略之一。”“我们的目标是为这些科学家提供一个平台，加快生物打印从研发到临床应用的速度。”

第一家将“通用生物墨水”商业化的公司

所有这些3D打印现象都依赖于由天然或合成聚合物组成的生物墨水来保持打印过程中的细胞活性。根据打印的具体需要，生物墨水可能需要促进细胞粘附、增殖或分化。

2016年，Cellink成为第一家将“通用生物墨水”商业化的公司。此外，其基于纤维素合成的生物墨水去年在美国获得了专利。

cellink的联合创始人兼首席执行官ErikGatenholm表示，“要想在这一领域真正起飞，我们需要一种标准化的材料，能够确保数据收集实验可以重复进行。”

坚固的纤维状纤维素是支持软骨细胞的理想材料。其他组织类型在生物墨水中需要不同的特性。目前，Cellink为不同的细胞类型提供了一系列定制的生物墨水，包括皮肤、骨骼、胰腺、血管组织和其他结构的细胞。

Gatenholm提到:“我们的生物打印专家将天然生物成分与合成成分以特定比例混合，为不同的人体细胞提供理想的环境。”目前，Cellink的技术已覆盖65个国家/地区，为约1800个实验室提供打印机和生物墨水。

Cellink在开发应用程序方面与业界和学术界紧密合作。它已经与阿斯利康合作了几个项目，包括用于药物研发的生物打印肝脏器官。这些器官由基于层粘连蛋白的生物墨水打印而成，可以帮助创建一个自然的微环境来支持组织形成。

在乌普萨拉大学的另一个项目中，Cellink的生物墨水正被用于人类胰腺β细胞的生物打印。生物打印细胞已经成功长成功能性胰岛，可以产生胰岛素。

现在，CellinklE正在发展成为一家“生物融合公司”。除了生物打印设备和生物墨水，还集成了更广泛的技术来应对医疗保健领域的挑战。Gatenholm表示，生物打印肿瘤可以用于多种疗法的测试。为了真正了解肿瘤以及它们是如何产生和扩散的，需要一种结合机器人、人工智能和大数据工具的技术。

活细胞数据分析工具就是一个例子，它可以监测肿瘤的生长并预测不同筛选化合物的有效性。

盖特霍尔姆指出:“我们开发了许多不同的人工智能算法，可以用来确定肿瘤的生长速度等。”

可见，随着生物制造技术的进步，3D打印细胞和器官已经从科幻变为现实。(摘自深科技)(编辑/多罗米)