TissueLabs 使用3D生物打印制造人造器官，突破器官移植壁障

當我們想到醫(yī)療領域的3D打印時，最令人興奮的應用之一無疑是生物打印。這種用干細胞制成的生物墨水創(chuàng)造細胞結構的方法，因其廣泛的應用而吸引了許多人，包括創(chuàng)造皮膚、組織甚至器官。在美國，等待器官移植的名單上大約有105,909名男性、女性和兒童，每天至少有17人因等待移植而死亡，所以如何創(chuàng)造人工器官一直是一個研究熱點。盡管目前業(yè)內(nèi)已經(jīng)取得了一些進展，但距離真正臨床應用仍然需要進行研究。

TissueLabs公司是一家致力于生物打印人工器官的和生物打印機開發(fā)的創(chuàng)業(yè)公司。該公司的創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Gabriel Liguori是一名醫(yī)學博士，擁有心血管再生醫(yī)學和胸腔及心血管外科的博士學位。他在2018年登上了福布斯富豪榜（30歲以下人士），并被《麻省理工科技評論》提名為年輕一代最具創(chuàng)新精神的人之一（MIT Innovators Under 35）。一直以來，Gabriel都在領導TissueLabs在實驗室里開發(fā)人工器官，以解決目前器官移植的局限性

△GabrielLiguori博士

談及他的研究經(jīng)歷，Gabriel表示：“我從博士期間開始研究生物打印，雖然這并不是我研究論文的中心。我的論文主要集中在支架種植技術，但我仍說服我的導師購買一臺3D生物打印機，以便我們能夠開發(fā)組織工程的血管移植物，因為我的論文課題是關于血管組織工程的新方法。在購買過程中，我們開始遇到系統(tǒng)的問題。幾個月后，我完成了在格羅寧根大學（荷蘭）的博士學習，實際上當時并沒有設法用生物打印機做我所期望的事情。然后搬到了巴西，在那里我有機會在圣保羅大學開始一個新的組織工程實驗室。在那里，我決定從另一家公司購買一臺生物打印機，該公司是我之前合作的公司的主要競爭對手。不幸的是，我又一次失望了。”

在命運的安排下，Gabriel遇到了現(xiàn)在的商業(yè)伙伴艾默生-莫雷托（Emerson Moretto）。當時的Emerson正在開發(fā)一個項目，測試Gabriel在實驗室里所設計的那些血管的抵抗力。Emerson出于興趣開發(fā)了自己的生物打印機，但這深深吸引住了Gabriel的注意力。對于制造血管移植物來說，這款打印機更簡單，但更有效。因此，Gabriel開始放棄了選擇昂貴的系統(tǒng)，轉(zhuǎn)而開始使用他的打印機，這改變了他們的生活。

TissueLabs公司的創(chuàng)建初衷

Gabriel創(chuàng)辦TissueLabs是為了能夠創(chuàng)造用于移植的生物人工心臟，這是因為他本身自出生時便患有先天性心臟病，這也迫使他從出生的第一周起便成了醫(yī)院里的�？汀Ｐ疫\的是，雖然病情嚴重，但Gabriel得到了適當?shù)闹委煟涸趦蓺q時做了心臟手術，此后恢復順利。然而，許多孩子沒有Gabriel那么幸運，他們可能需要進行心臟移植。然而，要為這些病人找到器官是非常困難的，主要是因為捐贈者的數(shù)量很少，尤其是在這個年齡段。

△照片來源。TissueLabs

由于幼年時期的個人經(jīng)歷，Gabriel決定成為一名醫(yī)生，于2014年畢業(yè)于醫(yī)學專業(yè)。當他在醫(yī)學院學習時接觸到了了組織工程，并了解到這項技術在創(chuàng)造生物人工組織和器官以供未來移植方面的潛力。然后，他便決定進一步研究這個話題，并暫停自己的醫(yī)學生涯，在這個領域攻讀博士學位。在2019年結束時，Gabriel做出了一個艱難的決定，不再繼續(xù)從事醫(yī)療事業(yè)。相反，他開始專注于研究和開發(fā)，嘗試把這項技術帶給病人。最初，他考慮在學術界做這件事，這也是其巴西創(chuàng)辦實驗室的原因。但他也很快意識到，如果想把科學付諸實踐，就應該在一個公司里做，這就是其創(chuàng)立TissueLabs的原因。

Gabriel等人在巴西創(chuàng)辦了公司，但在開始運營后的幾個月內(nèi)，他們就把它搬到了瑞士，發(fā)現(xiàn)這里非常適合生物技術創(chuàng)業(yè)公司，而且環(huán)境獨特。從那時起，TissueLabs公司經(jīng)歷了巨大的增長，他如今的客戶群每年都在翻倍。

TissueLab的生物打印機

TissueLabs公司目前推出了兩款生物打印系統(tǒng)：TissueStart™，一個基于擠壓的系統(tǒng)；TissueRay™，一個基于立體成像的系統(tǒng)。

TissueStart™是在2020年首次推出的。TissueLabs是為剛開始從事生物制造的科學家設計了它。它提供了市場上最好的成本效益，基于雙頭活塞的系統(tǒng)起價為7,999美元，與傳統(tǒng)的氣動系統(tǒng)相比，它對生物墨水的擠出有更多的控制。與此相反，他們的生物打印機具有回吸能力，確保精確的開始和結束點，減少生物墨水損失和過度擠壓。它是一個緊湊和易于使用的系統(tǒng)，僅重約4公斤（約9磅），并且不需要空氣壓縮機。它還有一個獨特的、專有的擠出系統(tǒng)，被稱之為Mixtrusor™，能夠結合不同的生物墨水，實現(xiàn)復雜的三維組織。它是用有機玻璃建造的，具有高抗性、長耐久性和易清洗性。

△由TissueLabs開發(fā)的生物打印機（圖片來源：TissueLabs）

TissueRay™打印機是在2021年底推出，它是市場上第一臺掩膜立體光刻（MSLA）3D生物打印機，為3D生物打印帶來了光的速度。它提供了高分辨率和吞吐量的完美結合，4K屏幕提供35微米的點距（XY理論分辨率）和10微米的電機驅(qū)動的Z-精度。根據(jù)材料的不同，它的打印速度可以達到每層1秒。它有一個193cm3的構建體積，有一個6×6cm的圓形底座。這臺打印機最酷的地方在于，可以根據(jù)客戶的需求來定制它。不是每個人都使用相同的光引發(fā)劑；因此，不是每個人都使用相同的標準405nm波長。例如，TissueLabs可以為使用釕的客戶選擇420納米的波長，或為使用紅光的客戶選擇530nm的波長，僅舉幾例。TissueRay™基于光的系統(tǒng)允許創(chuàng)建微流控設備、芯片上的器官、充滿細胞的構造以及用于組織工程和再生醫(yī)學的支架。這個系統(tǒng)的起價僅為15,999美元。

最后，TissueLabs還提供生物材料，供研究人員進行更傳統(tǒng)的3D細胞培養(yǎng)實驗，無論是否有生物打印機。除了常規(guī)生物打印機所使用的生物材料，如海藻酸鹽、GelMA、Pluronics等，TissueLabs還提供15種不同組織的特定水凝膠：脂肪、骨、腦、軟骨、結腸、腎、肝、肺、肌肉、心肌、胰腺、皮膚、脾、胃和血管。它們被稱為MatriXpec™水凝膠，能夠為三維細胞培養(yǎng)提供組織特定的微環(huán)境，允許在模仿本地細胞外基質(zhì)的生物線索的代表性基質(zhì)中進行實驗。這些水凝膠有兩種不同的版本，一種是熱交聯(lián)的，另一種是光交聯(lián)的，適應研究界的不同需求。

△照片來源：TissueLabs

Tissuelabs生物打印機的應用

目前，全世界有一百多個實驗室在20個不同的國家使用Tissuelabs公司的產(chǎn)品，所以有很多研究在開展。應用是無限的，主要受限于終端用戶的創(chuàng)造力。

舉幾個例子：

• 3D打印自氧材料來制造微組織；
• 創(chuàng)造軟骨組織來研究腱鞘炎；
• 開發(fā)迷你腸道來研究營養(yǎng)吸收和結腸直腸癌；
• 在體外復制肺泡微環(huán)境來研究肺癌;
• 生物打印心臟細胞以研究其在不同機械刺激下的行為；
• 工程皮膚以替代動物模型；
• 制造胰腺組織以研究糖尿��；
• 開發(fā)口腔和牙齒組織的再生策略;
• 以及先天和后天的骨缺陷;
  

……

生物打印在醫(yī)療領域的未來

3D生物打印未來會有很多變化，目前出現(xiàn)眾多打印技術是一個很好的開始，但它們并不能制造實際的生物人工器官。Gabriel認為生物打印仍處于起步階段，還有很多事情要做。創(chuàng)新是這一領域的關鍵因素，有許多有待開發(fā)的東西，如果你立足于目前可用的解決方案，那么想象未來就變得很有挑戰(zhàn)性。我們可能會看到新的系統(tǒng)使用的技術甚至還沒有被發(fā)明出來。TissueLabs將確保站在這種發(fā)展的最前沿。