Frontier Bio通過(guò)3D打印支持實(shí)驗(yàn)室內(nèi)血管生長(zhǎng)技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用

2023年10月25日，南極熊獲悉，基于生物技術(shù)的最新發(fā)展，初創(chuàng)公司Frontier Bio推出實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)活體人體血管的方法，可能重塑血管醫(yī)療器械動(dòng)物測(cè)試格局。

△生物反應(yīng)器內(nèi)的組織工程血管

Frontier Bio與梅奧診所合作，在實(shí)驗(yàn)室制造的血管中成功測(cè)試了一種改變血流方向的裝置。利用3D打印，該公司能夠復(fù)制復(fù)雜的血管結(jié)構(gòu)，模擬自然和疾病相關(guān)條件。盡管Frontier Bio的生物技術(shù)融合展示了遙遠(yuǎn)未來(lái)的前景，可能減少器官移植需求，但其在血栓清除工具開(kāi)發(fā)方面具有直接的潛力。

哈佛大學(xué)和麻省理工學(xué)院的著名遺傳學(xué)家、Frontier Bio顧問(wèn)George Church表示，F(xiàn)rontier Bio正在為不再需要器官捐獻(xiàn)者的未來(lái)鋪平道路，動(dòng)物測(cè)試也將成為過(guò)去。

研發(fā)技術(shù)背景

迄今為止，動(dòng)物研究一直是評(píng)估血管醫(yī)療器械的安全性和性能的關(guān)鍵，但隨著人類(lèi)文明的進(jìn)步，這種方法備受爭(zhēng)議。例如，球囊血管成形術(shù)設(shè)備旨在擴(kuò)大阻塞或狹窄的血管，通常需要在動(dòng)物身上進(jìn)行測(cè)試，以確保它們能夠安全有效地打開(kāi)血管，而不會(huì)造成不必要的傷害。同樣，人造血管移植物（用于繞過(guò)阻塞的人工血管）也需要在動(dòng)物體內(nèi)研究，以了解它們與天然血管的融合程度以及它們是否能夠抵抗血栓形成。Frontier Bio的新方法可能改變這一模式，旨在減少或消除對(duì)動(dòng)物模型評(píng)估這些設(shè)備的依賴(lài)。

Frontier Bio的新技術(shù)使用組織工程的方法在實(shí)驗(yàn)室中培育這些血管。它們通過(guò)將特定類(lèi)型的細(xì)胞植入最終會(huì)自行降解的支架材料來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。借助模擬人體內(nèi)生理?xiàng)l件的環(huán)境和3D打印技術(shù)，該技術(shù)能夠制造各種形狀的血管，包括模仿天然血管結(jié)構(gòu)的血管，甚至模擬某些疾病狀態(tài)下的血管。

Frontier Bio與梅奧診所的合作已經(jīng)展示了他們創(chuàng)新技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。作為概念驗(yàn)證，該初創(chuàng)公司創(chuàng)建了一個(gè)帶有動(dòng)脈瘤的組織工程血管，并在其中部署了血流分流器設(shè)備。這種設(shè)備通常用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，用于引導(dǎo)血流繞開(kāi)動(dòng)脈瘤，以最大程度地降低破裂的風(fēng)險(xiǎn)。在使用該裝置進(jìn)行測(cè)試時(shí)，實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的血管顯示出與傳統(tǒng)的動(dòng)物研究相似的結(jié)果。

但是，我們何時(shí)可以期望將完全擺脫動(dòng)物測(cè)試，轉(zhuǎn)向使用這些實(shí)驗(yàn)室培育的血管？Frontier Bio的血管組織工程新負(fù)責(zé)人Sam Pashneh-Tala博士表示：“實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)變需要數(shù)年時(shí)間，甚至可能需要超過(guò)十年，這將是一個(gè)漸進(jìn)的過(guò)程�！�

△Sam Pashneh-Tala擔(dān)任Frontier Bio血管組織工程新任主管

Pashneh-Tala表示：“勢(shì)頭正在增強(qiáng)。隨著最近FDA現(xiàn)代化法案2.0的出臺(tái)，動(dòng)物替代品在開(kāi)發(fā)醫(yī)療器械和藥物方面的障礙正變得越來(lái)越少。FDA的新興醫(yī)療設(shè)備開(kāi)發(fā)工具 (MDDT) 計(jì)劃提供了評(píng)估新測(cè)試平臺(tái)的途徑。如果它們的性能可以接受，設(shè)備開(kāi)發(fā)人員可以使用它們來(lái)代替動(dòng)物模型。Frontier Bio參與該計(jì)劃來(lái)開(kāi)發(fā)我們的組織工程血管(TEBV)�！�

然而，挑戰(zhàn)依然存在。首先，證明這些TEBV與已建立的動(dòng)物模型具有相同的性能是一個(gè)重大障礙。因此，建立這些數(shù)據(jù)需要時(shí)間。

除了倫理影響之外，F(xiàn)rontier Bio方法的主要優(yōu)勢(shì)之一是成本。正如Pashneh-Tala指出的那樣：“與大型動(dòng)物模型相比，TEBV可能更便宜、更可靠�！�

這位組織工程專(zhuān)家表示，他們對(duì)利用其TEBV開(kāi)發(fā)血栓切除裝置非常感興趣，特別是評(píng)估急性血管損傷。血栓切除裝置被插入血管并用于去除血凝塊。在開(kāi)發(fā)時(shí)，必須對(duì)這些血管內(nèi)裝置進(jìn)行測(cè)試，看看它們?cè)诓迦搿⒄归_(kāi)和移除時(shí)是否會(huì)對(duì)血管壁造成傷害。這種急性血管損傷測(cè)試通常在豬身上進(jìn)行，既昂貴又浪費(fèi)，單次測(cè)試成本在1到2萬(wàn)美元之間。相反，TEBV可以以較低的成本提供所需的血管損傷數(shù)據(jù)，并且無(wú)需犧牲動(dòng)物。

△動(dòng)脈瘤形狀的支架（左）由微觀(guān)纖維（右）制成，并接種細(xì)胞以形成組織工程血管

更深遠(yuǎn)的研究作用

Frontier Bio還在開(kāi)發(fā)TEBV作為血管移植物，用于植入患者體內(nèi)以治療損傷或疾病。這些將具有天然血管的壽命和彈性。

此外，該公司采用創(chuàng)新的方法使用3D打印技術(shù)來(lái)模擬復(fù)雜的血管結(jié)構(gòu)。他們使用靜電紡絲的方法制造聚合物支架，然后使用3D打印來(lái)創(chuàng)建特殊的模具，這些模具可以幫助塑造復(fù)雜的血管結(jié)構(gòu)，甚至可以在需要時(shí)重新構(gòu)建特定患者的動(dòng)脈瘤。簡(jiǎn)而言之，他們使用3D打印技術(shù)來(lái)模擬和重建復(fù)雜的血管結(jié)構(gòu)，這對(duì)醫(yī)療應(yīng)用非常有潛力。

這些模具引導(dǎo)編織在一起的極其細(xì)小的纖維形成網(wǎng)狀支架。一旦形成，這個(gè)支架就會(huì)充滿(mǎn)細(xì)胞，然后在模擬人類(lèi)條件的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中培育細(xì)胞，使它們生長(zhǎng)成血管。此外，他們還利用3D打印技術(shù)制作特殊的生物反應(yīng)器室，以在實(shí)驗(yàn)室中培養(yǎng)TEBV。Pashneh-Tala表示，這些部件是使用SLA 3D打印技術(shù)，從可高壓滅菌且具有生物相容性的材料中生產(chǎn)出來(lái)的，使研究人員能夠在實(shí)驗(yàn)室中有效地消毒和使用這些部件。

△全球已有109家成熟的生物打印公司和許多企業(yè)家對(duì)這一新興領(lǐng)域表現(xiàn)出興趣，它成為最受追捧的技術(shù)之一

Pashneh-Tala說(shuō)道：“3D打印使我們能夠設(shè)計(jì)各種形狀的生物反應(yīng)器室，以適應(yīng)任何容器的幾何形狀。如果需要，這些甚至可以適應(yīng)患者特定的血管設(shè)計(jì)。未來(lái)，我們還有興趣使用3D生物打印技術(shù)來(lái)生成TEBV。生物打印使我們能夠以受控方式沉積細(xì)胞或細(xì)胞聚集體，從而構(gòu)建3D結(jié)構(gòu)。這為更廣泛的生物工程領(lǐng)域提供了潛力�！�

Pashneh-Tala對(duì)于未來(lái)展望非常樂(lè)觀(guān)，他認(rèn)為公司的發(fā)展方向不僅僅局限于血管。神經(jīng)組織和肺組織可能需要比血管更多的不同細(xì)胞類(lèi)型，這意味著在創(chuàng)建這些組織時(shí)面臨的挑戰(zhàn)和技術(shù)將有所不同。

他相信，工程組織將對(duì)體外空間產(chǎn)生重大影響，這將包括用于測(cè)試醫(yī)療設(shè)備的組織工程血管（TEBV）和用于藥物開(kāi)發(fā)的器官芯片技術(shù)等應(yīng)用。他指出，臨床上的工程組織一直是一個(gè)艱巨的挑戰(zhàn)，在過(guò)去的30年里，只有少數(shù)解決方案進(jìn)入人體試驗(yàn)階段。然而，他對(duì)未來(lái)仍然持樂(lè)觀(guān)態(tài)度，并預(yù)計(jì)這些技術(shù)在未來(lái)十年將變得更加普遍。