BioP3技術(shù)：通向生物3D打印人體器官的另一條路
有一項(xiàng)新技術(shù)有可能引起醫(yī)療行業(yè)的革命，它有可能實(shí)現(xiàn)完整器官比如肝臟、胰腺或者腎臟的按需制造，以解決目前可移植器官短缺的問(wèn)題。盡管雖然仍處于原型階段，但BioP3技術(shù)的開(kāi)發(fā)人員已經(jīng)獲得了來(lái)自美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（NSF）支持資金，這使得他們更加接近實(shí)現(xiàn)自動(dòng)器官打印。
這個(gè)BioP3技術(shù)是由布朗大學(xué)生物工程師Jeffrey Morgan和Warren Alpert醫(yī)學(xué)院和羅德島醫(yī)院手術(shù)研究員Andrew Blakely博士共同開(kāi)發(fā)的。這個(gè)“BioP3”技術(shù)中的P3，代表“拾�。�pick）、地點(diǎn)（place）和灌注（perfuse）”。這項(xiàng)技術(shù)借鑒了制造電子元器件的高速流水線上的“拾取、放置”原則——在流水線上電子部件被拾取，然后精確地放置到位，以便形成一個(gè)整體。
而在BioP3技術(shù)中，用于生成活體器官的是包含了幾千到幾百萬(wàn)個(gè)活細(xì)胞的3D微組織。該設(shè)備拾取大型、復(fù)雜的多細(xì)胞構(gòu)建成部件，然后將它們輸送到一個(gè)生成區(qū)，并精確將這些部件放置在所希望的位置，同時(shí)灌注他們（即使用穩(wěn)定、連續(xù)的液體流，為它們帶來(lái)營(yíng)養(yǎng)并帶走廢棄物）。
“對(duì)于我們來(lái)說(shuō)，這是令人興奮的，因?yàn)樗且粋�(gè)構(gòu)建組織的新方法，很有可能用來(lái)制造器官——通過(guò)逐層將大型、復(fù)雜活體部件層積在一起。”Morgan說(shuō)。這種方法與3D生物打印技術(shù)不同，后者被認(rèn)為最終能夠?qū)崿F(xiàn)人體器官的人工制造。當(dāng)前的3D生物打印技術(shù)主要涉及植入細(xì)胞的生物材料的逐層沉積，每次只能打印一滴。“我們的做法則要快得多，因?yàn)樗褂昧祟A(yù)裝配好的活體部件，該部件具有一定的功能形狀，而且每個(gè)部件的低級(jí)都千倍于單個(gè)細(xì)胞�！�Morgan說(shuō)。
Morgan的微成型技術(shù)將細(xì)胞植入無(wú)粘著力的微型模具，在微型模具里不同類型的細(xì)胞自組裝成預(yù)定的形狀，例如球形、桿形、類似甜甜圈的環(huán)性或蜂窩狀，最終形成微組織。使用BioP3技術(shù)，科學(xué)家將有可能通過(guò)將活體微組織結(jié)合起來(lái)構(gòu)建出更大的組織。研究人員已經(jīng)將關(guān)于BioP3技術(shù)的論文發(fā)表在了最新一期的《Tissue Engineering Part C》里。
BioP3裝置看起來(lái)像一個(gè)小小的透明塑料箱，一個(gè)挑選出來(lái)的微組織被存儲(chǔ)在中央腔室中。一個(gè)噴嘴被連接到各種管子和一個(gè)顯微鏡般的臺(tái)子上，這個(gè)噴嘴主要用來(lái)通過(guò)吸力拾取微組織。然后操作人員可以精確地移動(dòng)各個(gè)微組織部件到指定的地方，逐步建立一個(gè)3D生物結(jié)構(gòu)。該微組織被封閉在液體和噴嘴內(nèi)的管道產(chǎn)生液體吸力，使得噴嘴能夠拾取、攜帶、釋放活體微組織，并且不會(huì)對(duì)它們?cè)斐扇魏螕p壞。
經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，微組織結(jié)合在一起，形成了一個(gè)單一的結(jié)構(gòu)�！斑@個(gè)項(xiàng)目特別吸引我的地方是，它是大尺寸組織工程領(lǐng)域中一種前所未見(jiàn)的全新方法�！�Blakely說(shuō)。
該論文展示了Blakely創(chuàng)建的多個(gè)不同的生物結(jié)構(gòu)，包括一摞16個(gè)甜甜圈環(huán)和一摞個(gè)四個(gè)蜂窩狀結(jié)構(gòu)。其中這一摞蜂窩體達(dá)到了一百萬(wàn)個(gè)細(xì)胞，厚度超過(guò)2毫米，盡管這么多細(xì)胞對(duì)于一個(gè)完整的器官而言仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，但證明了該蜂窩體具有與人類器官一致的器官密度。
生物工程化組織的蜂窩體可以堆疊并組織成更大的活體結(jié)構(gòu)。 圖片：布朗大學(xué)
該BioP3裝置的原型主要是從家得寶購(gòu)買(mǎi)的零部件組裝而成的，成本不到200美元，但由于它是手工操作，所以Blakely花了1個(gè)小時(shí)才堆起來(lái)薄薄的16個(gè)“甜甜圈環(huán)”。開(kāi)發(fā)人員希望以后這些過(guò)程能夠自動(dòng)完成，不僅能夠提高構(gòu)建速度，而且可以獨(dú)立精確地組裝大型、高密度的組織。
幸運(yùn)的是，2014年9月份，研發(fā)團(tuán)隊(duì)獲得了來(lái)自美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)一筆140萬(wàn)美元、為期三年的資助。研究人員將會(huì)把這筆資金用于實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的自動(dòng)化，并將其用于研究如何構(gòu)建大型的活體組織、它們?cè)谳^長(zhǎng)一段時(shí)間里將如何表現(xiàn)、以及他們的形狀將如何演變等。
“我們只是剛剛了解我們可以制造什么樣的活體組織，以及這種活組織如何用來(lái)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中的血管網(wǎng)絡(luò)�！�Morgan說(shuō)�！爸圃煲粋�(gè)器官是生物醫(yī)學(xué)工程的巨大挑戰(zhàn)，我們已經(jīng)朝著這個(gè)方向邁出了顯著的一步�！�
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