Frontier Bio通過3D打印支持實驗室內血管生長技術的創新應用
時間：2023-10-26 13:45 來源：南極熊 作者：admin 閱讀：次
2023年10月25日，基于生物技術的最新發展，初創公司Frontier Bio推出實驗室生產活體人體血管的方法，可能重塑血管醫療器械動物測試格局。
研發技術背景
迄今為止，動物研究一直是評估血管醫療器械的安全性和性能的關鍵，但隨著人類文明的進步，這種方法備受爭議。例如，球囊血管成形術設備旨在擴大阻塞或狹窄的血管，通常需要在動物身上進行測試，以確保它們能夠安全有效地打開血管，而不會造成不必要的傷害。同樣，人造血管移植物（用于繞過阻塞的人工血管）也需要在動物體內研究，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，旨在減少或消除對動物模型評估這些設備的依賴。
Frontier Bio的新技術使用組織工程的方法在實驗室中培育這些血管。它們通過將特定類型的細胞植入最終會自行降解的支架材料來實現這一目標。借助模擬人體內生理條件的環境和3D打印技術，該技術能夠制造各種形狀的血管，包括模仿天然血管結構的血管，甚至模擬某些疾病狀態下的血管。
Frontier Bio與梅奧診所的合作已經展示了他們創新技術的實際應用。作為概念驗證，該初創公司創建了一個帶有動脈瘤的組織工程血管，并在其中部署了血流分流器設備。這種設備通常用于醫學領域，用于引導血流繞開動脈瘤，以最大程度地降低破裂的風險。在使用該裝置進行測試時，實驗室培養的血管顯示出與傳統的動物研究相似的結果。
但是，我們何時可以期望將完全擺脫動物測試，轉向使用這些實驗室培育的血管？Frontier Bio的血管組織工程新負責人Sam Pashneh-Tala博士表示：“實現這一轉變需要數年時間，甚至可能需要超過十年，這將是一個漸進的過程。”
Pashneh-Tala表示：“勢頭正在增強。隨著最近FDA現代化法案2.0的出臺，動物替代品在開發醫療器械和藥物方面的障礙正變得越來越少。FDA的新興醫療設備開發工具 (MDDT) 計劃提供了評估新測試平臺的途徑。如果它們的性能可以接受，設備開發人員可以使用它們來代替動物模型。Frontier Bio參與該計劃來開發我們的組織工程血管(TEBV)。”
然而，挑戰依然存在。首先，證明這些TEBV與已建立的動物模型具有相同的性能是一個重大障礙。因此，建立這些數據需要時間。
除了倫理影響之外，Frontier Bio方法的主要優勢之一是成本。正如Pashneh-Tala指出的那樣：“與大型動物模型相比，TEBV可能更便宜、更可靠。”
這位組織工程專家表示，他們對利用其TEBV開發血栓切除裝置非常感興趣，特別是評估急性血管損傷。血栓切除裝置被插入血管并用于去除血凝塊。在開發時，必須對這些血管內裝置進行測試，看看它們在插入、展開和移除時是否會對血管壁造成傷害。這種急性血管損傷測試通常在豬身上進行，既昂貴又浪費，單次測試成本在1到2萬美元之間。相反，TEBV可以以較低的成本提供所需的血管損傷數據，并且無需犧牲動物。
更深遠的研究作用
Frontier Bio還在開發TEBV作為血管移植物，用于植入患者體內以治療損傷或疾病。這些將具有天然血管的壽命和彈性。
此外，該公司采用創新的方法使用3D打印技術來模擬復雜的血管結構。他們使用靜電紡絲的方法制造聚合物支架，然后使用3D打印來創建特殊的模具，這些模具可以幫助塑造復雜的血管結構，甚至可以在需要時重新構建特定患者的動脈瘤。簡而言之，他們使用3D打印技術來模擬和重建復雜的血管結構，這對醫療應用非常有潛力。
這些模具引導編織在一起的極其細小的纖維形成網狀支架。一旦形成，這個支架就會充滿細胞，然后在模擬人類條件的實驗室環境中培育細胞，使它們生長成血管。此外，他們還利用3D打印技術制作特殊的生物反應器室，以在實驗室中培養TEBV。Pashneh-Tala表示，這些部件是使用SLA 3D打印技術，從可高壓滅菌且具有生物相容性的材料中生產出來的，使研究人員能夠在實驗室中有效地消毒和使用這些部件。
Pashneh-Tala說道：“3D打印使我們能夠設計各種形狀的生物反應器室，以適應任何容器的幾何形狀。如果需要，這些甚至可以適應患者特定的血管設計。未來，我們還有興趣使用3D生物打印技術來生成TEBV。生物打印使我們能夠以受控方式沉積細胞或細胞聚集體，從而構建3D結構。這為更廣泛的生物工程領域提供了潛力。”
Pashneh-Tala對于未來展望非常樂觀，他認為公司的發展方向不僅僅局限于血管。神經組織和肺組織可能需要比血管更多的不同細胞類型，這意味著在創建這些組織時面臨的挑戰和技術將有所不同。
他相信，工程組織將對體外空間產生重大影響，這將包括用于測試醫療設備的組織工程血管（TEBV）和用于藥物開發的器官芯片技術等應用。他指出，臨床上的工程組織一直是一個艱巨的挑戰，在過去的30年里，只有少數解決方案進入人體試驗階段。然而，他對未來仍然持樂觀態度，并預計這些技術在未來十年將變得更加普遍。
△生物反應器內的組織工程血管
Frontier
Bio與梅奧診所合作，在實驗室制造的血管中成功測試了一種改變血流方向的裝置。利用3D打印，該公司能夠復制復雜的血管結構，模擬自然和疾病相關條件。盡管Frontier
Bio的生物技術融合展示了遙遠未來的前景，可能減少器官移植需求，但其在血栓清除工具開發方面具有直接的潛力。哈佛大學和麻省理工學院的著名遺傳學家、Frontier Bio顧問George Church表示，Frontier Bio正在為不再需要器官捐獻者的未來鋪平道路，動物測試也將成為過去。
研發技術背景
迄今為止，動物研究一直是評估血管醫療器械的安全性和性能的關鍵，但隨著人類文明的進步，這種方法備受爭議。例如，球囊血管成形術設備旨在擴大阻塞或狹窄的血管，通常需要在動物身上進行測試，以確保它們能夠安全有效地打開血管，而不會造成不必要的傷害。同樣，人造血管移植物（用于繞過阻塞的人工血管）也需要在動物體內研究，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，旨在減少或消除對動物模型評估這些設備的依賴。
Frontier Bio的新技術使用組織工程的方法在實驗室中培育這些血管。它們通過將特定類型的細胞植入最終會自行降解的支架材料來實現這一目標。借助模擬人體內生理條件的環境和3D打印技術，該技術能夠制造各種形狀的血管，包括模仿天然血管結構的血管，甚至模擬某些疾病狀態下的血管。
Frontier Bio與梅奧診所的合作已經展示了他們創新技術的實際應用。作為概念驗證，該初創公司創建了一個帶有動脈瘤的組織工程血管，并在其中部署了血流分流器設備。這種設備通常用于醫學領域，用于引導血流繞開動脈瘤，以最大程度地降低破裂的風險。在使用該裝置進行測試時，實驗室培養的血管顯示出與傳統的動物研究相似的結果。
但是，我們何時可以期望將完全擺脫動物測試，轉向使用這些實驗室培育的血管？Frontier Bio的血管組織工程新負責人Sam Pashneh-Tala博士表示：“實現這一轉變需要數年時間，甚至可能需要超過十年，這將是一個漸進的過程。”
△Sam Pashneh-Tala擔任Frontier Bio血管組織工程新任主管
Pashneh-Tala表示：“勢頭正在增強。隨著最近FDA現代化法案2.0的出臺，動物替代品在開發醫療器械和藥物方面的障礙正變得越來越少。FDA的新興醫療設備開發工具 (MDDT) 計劃提供了評估新測試平臺的途徑。如果它們的性能可以接受，設備開發人員可以使用它們來代替動物模型。Frontier Bio參與該計劃來開發我們的組織工程血管(TEBV)。”
然而，挑戰依然存在。首先，證明這些TEBV與已建立的動物模型具有相同的性能是一個重大障礙。因此，建立這些數據需要時間。
除了倫理影響之外，Frontier Bio方法的主要優勢之一是成本。正如Pashneh-Tala指出的那樣：“與大型動物模型相比，TEBV可能更便宜、更可靠。”
這位組織工程專家表示，他們對利用其TEBV開發血栓切除裝置非常感興趣，特別是評估急性血管損傷。血栓切除裝置被插入血管并用于去除血凝塊。在開發時，必須對這些血管內裝置進行測試，看看它們在插入、展開和移除時是否會對血管壁造成傷害。這種急性血管損傷測試通常在豬身上進行，既昂貴又浪費，單次測試成本在1到2萬美元之間。相反，TEBV可以以較低的成本提供所需的血管損傷數據，并且無需犧牲動物。
△動脈瘤形狀的支架（左）由微觀纖維（右）制成，并接種細胞以形成組織工程血管
更深遠的研究作用
Frontier Bio還在開發TEBV作為血管移植物，用于植入患者體內以治療損傷或疾病。這些將具有天然血管的壽命和彈性。
此外，該公司采用創新的方法使用3D打印技術來模擬復雜的血管結構。他們使用靜電紡絲的方法制造聚合物支架，然后使用3D打印來創建特殊的模具，這些模具可以幫助塑造復雜的血管結構，甚至可以在需要時重新構建特定患者的動脈瘤。簡而言之，他們使用3D打印技術來模擬和重建復雜的血管結構，這對醫療應用非常有潛力。
這些模具引導編織在一起的極其細小的纖維形成網狀支架。一旦形成，這個支架就會充滿細胞，然后在模擬人類條件的實驗室環境中培育細胞，使它們生長成血管。此外，他們還利用3D打印技術制作特殊的生物反應器室，以在實驗室中培養TEBV。Pashneh-Tala表示，這些部件是使用SLA 3D打印技術，從可高壓滅菌且具有生物相容性的材料中生產出來的，使研究人員能夠在實驗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家對這一新興領域表現出興趣，它成為最受追捧的技術之一
Pashneh-Tala說道：“3D打印使我們能夠設計各種形狀的生物反應器室，以適應任何容器的幾何形狀。如果需要，這些甚至可以適應患者特定的血管設計。未來，我們還有興趣使用3D生物打印技術來生成TEBV。生物打印使我們能夠以受控方式沉積細胞或細胞聚集體，從而構建3D結構。這為更廣泛的生物工程領域提供了潛力。”
Pashneh-Tala對于未來展望非常樂觀，他認為公司的發展方向不僅僅局限于血管。神經組織和肺組織可能需要比血管更多的不同細胞類型，這意味著在創建這些組織時面臨的挑戰和技術將有所不同。
他相信，工程組織將對體外空間產生重大影響，這將包括用于測試醫療設備的組織工程血管（TEBV）和用于藥物開發的器官芯片技術等應用。他指出，臨床上的工程組織一直是一個艱巨的挑戰，在過去的30年里，只有少數解決方案進入人體試驗階段。然而，他對未來仍然持樂觀態度，并預計這些技術在未來十年將變得更加普遍。
(責任編輯：admin)
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