“用3D打印出的微型肝臟組織，移植到小鼠體內，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業聯盟生物增材制造產業組主辦、邁普醫學承辦的“生物3D打印驅動創新醫療”學術論壇上，清華大學機械工程系教授、博士生導師徐弢透露了3D生物打印的研究新成果。他強調，目前打印活體器官主要還在基礎研究階段，為臨床做準備。
“我們在探索細胞打印應用于人體的可能，已在規劃的打印‘尿道’植入人體臨床實驗，有望成為世界上首例活體打印、現場植入的實驗。”徐弢說。
3D打印更能模擬干細胞生長環境
生物3D打印技術的理念誕生于2000年，由美國科學家托馬斯·波蘭提出。作為托馬斯教授的第一位博士生，徐弢將此技術概念實現了。他和導師共同擁有世界上首個細胞打印專利。
“《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打印行業在這幾年的迅速發展。”他說。
生物3D打印的應用已從最初打印不可以直接用于人體但面向醫學應用的材料，發展到細胞打印，將活細胞作為主要打印單元，構建人體的活性組織和器官。且隨著技術不斷創新，醫療領域中的細胞打印創新應用令人眼界大開。
細胞打印能幫助人們評估新藥物的療效，實現個性化腫瘤藥物篩選。“腫瘤藥物治療，最初用藥靠經驗總結，后來利用基因診斷發現靶點。但基因屬于較基礎信息，目前手段不能檢測到所有耐藥性及藥物反應基因信息。”徐弢說，腫瘤用藥發展到3.0時代，醫生可將個性化的腫瘤細胞取出，進行組織層面的診斷，其中的難點就是重建病人的腫瘤組織。
徐弢已對膠質瘤細胞、星形膠質細胞、腦微血管內皮細胞等惡性腫瘤進行研究。他以膠質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胞，把其打印成細胞芯片。接著結合基因分析，把不同藥物放在細胞芯片上進行治療，從而找出適合病人的最理想藥物。”
在干細胞和免疫細胞治療領域，細胞打印也大有可為。經過幾十年發展，多種疾病用干細胞治療效果趨于明確，干細胞研究及臨床轉化進入井噴的“黃金窗口期”。然而，面向臨床應用的干細胞培養面臨著數量、質量和污染的挑戰。
“在實驗室階段，少量干細胞就能達到研究目的，臨床轉化時一個病人往往需要數十億級別數量的干細胞。從人體收集到的干細胞數量只有幾百萬或幾千萬水平，需要擴增到數十億水平，這是巨大的挑戰。”徐弢指出。此外，臨床細胞培養不使用抗生素，污染風險增高。
他正在進行此方面的研究，并發現在3D打印環境中更能模擬干細胞的生長環境，具備將幾百萬細胞擴增為數十億細胞的能力。
面臨準入標準缺失窘境
細胞打印是否有望植入人體進入臨床呢？“目前打印活體器官主要還在基礎研究、為臨床進行準備的階段。”徐弢解釋，因為涉及到活細胞，不僅技術上要發展完善，各國還要進行監管和法規評定，但現階段卻面臨著行業準入標準缺失的窘境。
“實現簡單的器官打印，目前是有基礎的。” 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。他的導師從其膀胱里取出一塊郵票大小的細胞活組織，經過一個月左右的培育，細胞組織迅速成長，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建細胞的支架，猶如葡萄架，把培育成的膀胱細胞種進去，大概1個月后，再移植到小朋友體內。“細胞來自自體，不存在排異問題。”他表示，在細胞打印階段，要做的事是把原來手工制作模具的過程自動化。
對于3D生物打印技術在臨床規模化應用前景，他保持樂觀的態度，“有挑戰，有希望。” 徐弢透露，他準備和導師合作，利用病人尿道細胞打印一段尿道，用于尿道修復。
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。
“我們擬用細胞打印技術，將病人尿道內皮細胞和負責尿道收縮的平滑肌細胞取出，同時打印構成尿道的主要材料，將之組建成多細胞的雙層結構‘尿道’，之后植入病人體內。”徐弢說，現在他們團隊正在進行臨床前準備，及規劃臨床實驗。
“我們在探索細胞打印應用于人體的可能，已在規劃的打印‘尿道’植入人體臨床實驗，有望成為世界上首例活體打印、現場植入的實驗。”徐弢說。
3D打印更能模擬干細胞生長環境
生物3D打印技術的理念誕生于2000年，由美國科學家托馬斯·波蘭提出。作為托馬斯教授的第一位博士生，徐弢將此技術概念實現了。他和導師共同擁有世界上首個細胞打印專利。
“《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打印行業在這幾年的迅速發展。”他說。
生物3D打印的應用已從最初打印不可以直接用于人體但面向醫學應用的材料，發展到細胞打印，將活細胞作為主要打印單元，構建人體的活性組織和器官。且隨著技術不斷創新，醫療領域中的細胞打印創新應用令人眼界大開。
細胞打印能幫助人們評估新藥物的療效，實現個性化腫瘤藥物篩選。“腫瘤藥物治療，最初用藥靠經驗總結，后來利用基因診斷發現靶點。但基因屬于較基礎信息，目前手段不能檢測到所有耐藥性及藥物反應基因信息。”徐弢說，腫瘤用藥發展到3.0時代，醫生可將個性化的腫瘤細胞取出，進行組織層面的診斷，其中的難點就是重建病人的腫瘤組織。
徐弢已對膠質瘤細胞、星形膠質細胞、腦微血管內皮細胞等惡性腫瘤進行研究。他以膠質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胞，把其打印成細胞芯片。接著結合基因分析，把不同藥物放在細胞芯片上進行治療，從而找出適合病人的最理想藥物。”
在干細胞和免疫細胞治療領域，細胞打印也大有可為。經過幾十年發展，多種疾病用干細胞治療效果趨于明確，干細胞研究及臨床轉化進入井噴的“黃金窗口期”。然而，面向臨床應用的干細胞培養面臨著數量、質量和污染的挑戰。
“在實驗室階段，少量干細胞就能達到研究目的，臨床轉化時一個病人往往需要數十億級別數量的干細胞。從人體收集到的干細胞數量只有幾百萬或幾千萬水平，需要擴增到數十億水平，這是巨大的挑戰。”徐弢指出。此外，臨床細胞培養不使用抗生素，污染風險增高。
他正在進行此方面的研究，并發現在3D打印環境中更能模擬干細胞的生長環境，具備將幾百萬細胞擴增為數十億細胞的能力。
面臨準入標準缺失窘境
細胞打印是否有望植入人體進入臨床呢？“目前打印活體器官主要還在基礎研究、為臨床進行準備的階段。”徐弢解釋，因為涉及到活細胞，不僅技術上要發展完善，各國還要進行監管和法規評定，但現階段卻面臨著行業準入標準缺失的窘境。
“實現簡單的器官打印，目前是有基礎的。” 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。他的導師從其膀胱里取出一塊郵票大小的細胞活組織，經過一個月左右的培育，細胞組織迅速成長，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建細胞的支架，猶如葡萄架，把培育成的膀胱細胞種進去，大概1個月后，再移植到小朋友體內。“細胞來自自體，不存在排異問題。”他表示，在細胞打印階段，要做的事是把原來手工制作模具的過程自動化。
對于3D生物打印技術在臨床規模化應用前景，他保持樂觀的態度，“有挑戰，有希望。” 徐弢透露，他準備和導師合作，利用病人尿道細胞打印一段尿道，用于尿道修復。
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。
“我們擬用細胞打印技術，將病人尿道內皮細胞和負責尿道收縮的平滑肌細胞取出，同時打印構成尿道的主要材料，將之組建成多細胞的雙層結構‘尿道’，之后植入病人體內。”徐弢說，現在他們團隊正在進行臨床前準備，及規劃臨床實驗。
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