3D 组织生物打印,三大应用走向临床!一旦成功,可按需打印肝脏、肾脏、心脏等器官!

上月25号在美国马里兰大学大学举行的美中药协大华府、巴尔的摩分会(SAPA-DC)年度大会中,大会主题演讲嘉宾Marc Ferrer 博士备受关注。
Ferrer博士 是美国国立转化科学中心(NCATS)内部 3D 组织生物打印实验室(3DTBL) 的主任,这是一个跨学科团队,致力于利用 3D 生物工程组织进行疾病模型构建,并开发药物发现与研发的预测性实验平台。
【开始注册】SAPA-DC十周年庆典暨2025年度大会即将启幕;三十余位重量级专家,将围绕生物制药行业前沿领域展开深度探讨
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Marc Ferrer博士已经发表了200余篇学术论文,总引用次数超过1.6万次,他的主要工作包括:
  • 3D生物打印和组织模型用于临床科研
    Ferrer博士团队率先将生物打印的人体组织等效物用于临床前测试。例如,他开发了用于评估抗炎药物的血管化皮肤模型,以及用于治疗炎症性疾病的免疫功能正常的3D皮肤组织。
    他的实验室还创建了用于胶质母细胞瘤研究的神经血管单元模型和用于神经系统疾病建模的大脑区域特异性神经球体。
  • 药物发现和高通量筛选
    Ferrer博士团队为识别协同药物组合的平台做出了贡献,例如用于恶性周围神经鞘瘤的平台,以及用于 siRNA 筛选中的命中选择(严格标准化平均差异 (SSMD))的统计方法。

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因为Ferrer博士的讲座,也因为我在华盛顿大学(圣路易斯)的朋友李博士也做这方面的研究,所以我们本期就特别关注和分享3D 组织生物打印在临床的应用进展。

3D 组织生物打印(Three-dimensional Bioprinting) 是一种将活细胞、生物材料和生长因子等“生物墨水(bioink)”按照计算机设计的三维结构逐层打印成活体组织构建体的技术。

简单说,它是把“3D 打印技术”应用到“生命组织制造”上;用打印机“打印”出血管、皮肤、软骨、甚至迷你器官(organoids),让实验室能“造出”类人体的活性组织。由此,3D组织打印技术在疾病模型、药物研发与再生医学等中加速落地。



器官替代/按需打印项目


这是我对3D组织打印的关键期待。

全球许多国家面临器官捐赠严重短缺问题,许多患者在等待名单中死亡;传统移植还需终身免疫抑制等。3D生物打印有望按需、个性化制造移植器官。
核心突破
ARPA-H 于 2024 年启动“PRINT (Personalized Regenerative Immunocompetent Nanotechnology Tissue)”计划,目标是利用3D打印、生物制造、病人自体或免疫匹配细胞,优先针对 肾、肝、心 等器官制造按需替代。目前进展
该项目处于早期推动阶段(研究与工程开发阶段),尚未大规模植入人体,但代表了国家级推动“打印可植器官”向现实迈进的重要里程碑。
3D 生物打印从“模型/修复”迈向“替代完整器官”的实现,将真正改变器官移植格局。



疾病模型/药物筛选


在药物开发与疾病研究中,传统的二维细胞培养或动物模型常常无法充分模拟人的组织微环境、生理结构与反应。3D 生物打印提供一种更接近真实人体组织的模型。

除了Ferrer博士团队之外,Mayo Clinic 也卓有建树。研究者使用3D 打印技术将活细胞、生物墨水与水凝胶结合,并结合医学影像数据(如 MRI/CT)来构建“人类皮肤模型”,用于研究例如 特应性皮炎(atopic dermatitis) 这类复杂的炎症/皮肤病。

目前进展

虽尚处于实验室模型阶段,但已进入“临床前测试平台”的角色,用于评估新疗法、药物反应和组织反应机制;从而大幅缩短了从模型到临床应用的距离。



厚组织/血管化构建

医学面临的一个长期挑战是将体外构建的组织从“只有薄层几百微米”扩展至“几毫米/厘米厚”且内部具有微血管灌注能力。没有血管结构,细胞在深部易发生缺氧坏死。
核心突破
现在开发的可在三维生物打印结构中嵌入“可灌注血管通道(built-in vascular channels)”,从而使得打印出的活组织厚度可比之前大约 10 倍
目前进展
这些组织在体外实验中能够维持数周功能,展示出细胞存活、结构组织化和营养/代谢支持的迹象。由此,为生成“可植入的、较厚功能组织”奠定基础,推动从模型向临床可用构建体的迈进。

怎么样,你或者你的孩子对3D组织生物打印有兴趣吗?
我们这边小朋友们的3D打印课外活动正举行的如火如荼,期待有更多朋友们加入进来!

关键词:#生物医学前沿 #Hanson临床科研 #Healsan医路成长 
作者:Jeanette;助理:ChatGPT;编辑:Jessica
美国Healsan Consulting(恒祥咨询)于2016年创建于美国首都大华府地区,专长于Healsan医学大数据分析(Healsan™)、及基于大数据的Hanson临床科研培训(HansonCR™)和医学编辑服务(MedEditing™)。主要为医生科学家、生物制药公司和医院科研处等提供分析和报告,成为诸多机构的“临床科研外挂”。
网址:https://healsan.com/

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