“用3D打印出的微型肝臟組織，移植到小鼠體內(nèi)，小鼠的生存時間有明顯改善，有新生血管生成。”近日，在由中國增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟生物增材制造產(chǎn)業(yè)組主辦、邁普醫(yī)學(xué)承辦的“生物3D打印驅(qū)動創(chuàng)新醫(yī)療”學(xué)術(shù)論壇上，清華大學(xué)機械工程系教授、博士生導(dǎo)師徐弢透露了3D生物打印的研究新成果。他強調(diào)，目前打印活體器官主要還在基礎(chǔ)研究階段，為臨床做準(zhǔn)備。

“我們在探索細(xì)胞打印應(yīng)用于人體的可能，已在規(guī)劃的打印‘尿道’植入人體臨床實驗，有望成為世界上首例活體打印、現(xiàn)場植入的實驗。”徐弢說。

3D打印更能模擬干細(xì)胞生長環(huán)境

生物3D打印技術(shù)的理念誕生于2000年，由美國科學(xué)家托馬斯·波蘭提出。作為托馬斯教授的第一位博士生，徐弢將此技術(shù)概念實現(xiàn)了。他和導(dǎo)師共同擁有世界上首個細(xì)胞打印專利。

“《生物制造》(《Biofabrication》)雜志的影響因子已從0提高到8.383，可看出生物3D打印行業(yè)在這幾年的迅速發(fā)展。”他說。

生物3D打印的應(yīng)用已從最初打印不可以直接用于人體但面向醫(yī)學(xué)應(yīng)用的材料，發(fā)展到細(xì)胞打印，將活細(xì)胞作為主要打印單元，構(gòu)建人體的活性組織和器官。且隨著技術(shù)不斷創(chuàng)新，醫(yī)療領(lǐng)域中的細(xì)胞打印創(chuàng)新應(yīng)用令人眼界大開。

細(xì)胞打印能幫助人們評估新藥物的療效，實現(xiàn)個性化腫瘤藥物篩選。“腫瘤藥物治療，最初用藥靠經(jīng)驗總結(jié)，后來利用基因診斷發(fā)現(xiàn)靶點。但基因?qū)儆谳^基礎(chǔ)信息，目前手段不能檢測到所有耐藥性及藥物反應(yīng)基因信息。”徐弢說，腫瘤用藥發(fā)展到3.0時代，醫(yī)生可將個性化的腫瘤細(xì)胞取出，進(jìn)行組織層面的診斷，其中的難點就是重建病人的腫瘤組織。

徐弢已對膠質(zhì)瘤細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞、腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞等惡性腫瘤進(jìn)行研究。他以膠質(zhì)瘤為例向科技日報記者介紹道：“我們從切除出來的腫瘤組織中分離出細(xì)胞，把其打印成細(xì)胞芯片。接著結(jié)合基因分析，把不同藥物放在細(xì)胞芯片上進(jìn)行治療，從而找出適合病人的最理想藥物。”

在干細(xì)胞和免疫細(xì)胞治療領(lǐng)域，細(xì)胞打印也大有可為。經(jīng)過幾十年發(fā)展，多種疾病用干細(xì)胞治療效果趨于明確，干細(xì)胞研究及臨床轉(zhuǎn)化進(jìn)入井噴的“黃金窗口期”。然而，面向臨床應(yīng)用的干細(xì)胞培養(yǎng)面臨著數(shù)量、質(zhì)量和污染的挑戰(zhàn)。

“在實驗室階段，少量干細(xì)胞就能達(dá)到研究目的，臨床轉(zhuǎn)化時一個病人往往需要數(shù)十億級別數(shù)量的干細(xì)胞。從人體收集到的干細(xì)胞數(shù)量只有幾百萬或幾千萬水平，需要擴增到數(shù)十億水平，這是巨大的挑戰(zhàn)。”徐弢指出。此外，臨床細(xì)胞培養(yǎng)不使用抗生素，污染風(fēng)險增高。

他正在進(jìn)行此方面的研究，并發(fā)現(xiàn)在3D打印環(huán)境中更能模擬干細(xì)胞的生長環(huán)境，具備將幾百萬細(xì)胞擴增為數(shù)十億細(xì)胞的能力。

面臨準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)缺失窘境

細(xì)胞打印是否有望植入人體進(jìn)入臨床呢?“目前打印活體器官主要還在基礎(chǔ)研究、為臨床進(jìn)行準(zhǔn)備的階段。”徐弢解釋，因為涉及到活細(xì)胞，不僅技術(shù)上要發(fā)展完善，各國還要進(jìn)行監(jiān)管和法規(guī)評定，但現(xiàn)階段卻面臨著行業(yè)準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)缺失的窘境。

“實現(xiàn)簡單的器官打印，目前是有基礎(chǔ)的。” 徐弢說，世界上已有用人造膀胱，讓孩子存活十多年的事實。美國有10多個小孩，天生膀胱小，每隔10多分鐘就得上廁所，無法上學(xué)。他的導(dǎo)師從其膀胱里取出一塊郵票大小的細(xì)胞活組織，經(jīng)過一個月左右的培育，細(xì)胞組織迅速成長，面積可覆蓋足球場。隨之制備膀胱模具，用高分子可降解材料構(gòu)建細(xì)胞的支架，猶如葡萄架，把培育成的膀胱細(xì)胞種進(jìn)去，大概1個月后，再移植到小朋友體內(nèi)。“細(xì)胞來自自體，不存在排異問題。”他表示，在細(xì)胞打印階段，要做的事是把原來手工制作模具的過程自動化。

對于3D生物打印技術(shù)在臨床規(guī)模化應(yīng)用前景，他保持樂觀的態(tài)度，“有挑戰(zhàn)，有希望。” 徐弢透露，他準(zhǔn)備和導(dǎo)師合作，利用病人尿道細(xì)胞打印一段尿道，用于尿道修復(fù)。

尿道狹窄在臨床上屬于棘手疾病，目前用病人的皮膚或口腔黏膜修補尿道的治療辦法會造成二次傷害，而且遇上大段的、長的尿道缺損，更難以解決。

“我們擬用細(xì)胞打印技術(shù)，將病人尿道內(nèi)皮細(xì)胞和負(fù)責(zé)尿道收縮的平滑肌細(xì)胞取出，同時打印構(gòu)成尿道的主要材料，將之組建成多細(xì)胞的雙層結(jié)構(gòu)‘尿道’，之后植入病人體內(nèi)。”徐弢說，現(xiàn)在他們團隊正在進(jìn)行臨床前準(zhǔn)備，及規(guī)劃臨床實驗。