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生物3D打印的“蓝光路径”

导读: 目前3D生物打印技术的应用发展主要集中于仿生模型的制造、骨科植入体制造、组织工程支架、生物体器官打印、口服控释给药、美容整形等方面。蓝光的这项技术,则主要着眼于组织器官修复。

2015年 10月,蓝光发展(600466.SH)旗下蓝光英诺发布了3D生物血管打印机,尽管近年来3D打印作为战略性新兴产业已为不少人所了解,但“3D生物打印”的概念,在不少非专业人士看来似乎更接近于科幻电影中的桥段。

时隔一年有余,2016年12月11日,在成都高新区的礼堂内,蓝光发展将自身研发3D生物打印的最新成果公之于众,大屏幕上播放的视频画面显示,一根事先“打印”好的血管被缝合进一只恒河猴的腹腔内,如同水管工将一段水管接入原有的管道,哪怕是想象力贫乏的观众,此时恐怕也会发出感慨,未来某天,人类的器官会像机器零件一样替换更新吗?

根据蓝光发展的官方公告,今年早些时候,其科研团队利用取自恒河猴自体的脂肪间充质干细胞制备成3D生物打印墨汁,应用自主研发的3D生物血管打印设备构建出具有生物活性的人工血管,并将其置换恒河猴体内一段腹主动脉。截至2016年12月1日,科研团队已对30只恒河猴进行3D生物打印血管体内植入实验,实验动物术后存活率为100%。

借助目前的工业3D打印技术,普通人甚至可以很容易地制造出一支步枪,但若换做生物组织器官,其复杂性与人造物品显然不在一个量级上。但这项试验的成功融入了科研者智慧的同时,似乎也融入了某些偶然、甚至不可知的因素。

“我在这里想跟大家引入一个我自己一生所追寻的信条,第一不要把复杂的问题简单化,我们并不清楚上帝在造我们的时候,究竟做了多少机关;第二我们也别把简单的问题复杂化,我们把间充质干细胞拿到外边之后,不要改变它的原状。”该项目的领头人、蓝光英诺公司首席科学家康裕建说。

所谓“间充质干细胞”,是这项科研关键一环,如同一颗“种子”,“间充质干细胞”在某种条件下可以“成长”为脂肪、骨、肌肉、肝、心肌、内皮等多种组织细胞,如果说“墨汁”是传统打印机的原料,那么“间充质干细胞”则可被视为这一3D 生物血管打印机的生物“墨汁”。

在目前这个阶段,过多地纠结于3D 生物血管打印技术何时能用于临床,甚至是大规模商业化并没有太大的意义,毕竟,在莱特兄弟之前,大多数人不会相信比空气重的木头能飞起来,而在爱因斯坦之前,时间和空间被视为绝对。蓝光的3D生物打印未来如何,时间最终会给予答案。

蓝光的突破

在了解蓝光的3D生物打印技术之前,有必要一窥当下3D生物打印技术的概况。

目前3D生物打印技术的应用发展主要集中于仿生模型的制造、骨科植入体制造、组织工程支架、生物体器官打印、口服控释给药、美容整形等方面。

蓝光的这项技术,则主要着眼于组织器官修复。长期以来,疾病、事故等因素都在加剧着器官缺损现象,等待器官移植的患者越来越多,可提供的移植器官形成巨大缺口,再加上免疫排斥反应,使得人体器官组织“替换”在临床上有着巨大的需求。

组织器官打印的理想状态是对目标组织器官进行数字化模拟,通过喷头将活细胞组成的“墨水”喷出,层层叠加,直至堆积成型。在组织工程学中,需要为种子细胞提供生长环境的细胞外基质,即支架材料,由3D打印技术制造的支架材料相较早期的铸造技术具有以下优势:构建速度显著加快;根据个体需求按需生产;无免疫排斥反应;精确度高,可模拟体内三维微环境;能同时打印细胞与细胞外基质,整体三维结构更加契合等。

简而言之,3D生物打印组织器官的程序如下,先借助3D打印技术为组织器官制造一个“模子”,再以细胞为原材料注入已经成型的“模子”,最终形成某个组织器官。

上面的比喻省略掉了一些关键的环节,这也是3D生物打印技术打印组织器官的难点所在。

有关科研文献显示,目前组织器官打印已经取得了一定进展,但在复杂器官的功能实现上还有一段路要走,面临的问题有打印时的力学参数、压力、温度等对细胞活性的影响;微血管系统与功能细胞有机结合;生物支架材料的选择等方面。

这些难点可以归结为,首先,有些人体器官过于复杂,现有技术往往无法造出一个完美的“模子”,正如康裕建在前文中所言——“我们并不清楚上帝在造我们的时候,究竟做了多少机关”。

其次,即使能够做出“完美”的模子,但模子的材料有问题,无法使细胞在其中沿规划好的方向存活、生长;再次,即使把器官组织做好后,它无法在人体内正常发挥功能。

可以说,目前各科研团队都在向成功打印器官的目标努力,也取得了一些突破性的成果,但其过程却是循序渐进的。

2013年底,全球生物3D打印的龙头企业美国Organovo公司宣布,他们已经制造出了三维肝脏薄片,其过滤营养成分、毒素和药物的功能可维持40天,其功能几乎与人体肝脏一样,能够对解热镇痛药和一些其他药物做出反应。

而蓝光英诺的技术突破则在于,打印出能够几乎与原生血管一样的血管,“从移植入恒河猴体内后第23天到第70天,这些跟正常的血管没有什么区别”,康裕建在前述场合说。

投资“未来”

作为一家此前主营房地产的企业,蓝光发展布局3D生物打印不得不说极具前瞻性,毕竟,无论是从核心技术发展还是从产业化进程而言,3D生物打印目前仅仅只是露出冰山一角。

但参考发达国家3D生物打印公司的发展路径,或许能为包括蓝光在内的相关企业提供一些参照。

如前文所述的美国Organovo公司,在打印出肝脏薄片后已经开始实现商业化,其肝脏组织产品exVive3D目前已经开始出售给药企用于药物测试。Organovo的3D打印人体肝组织可用于成功区分具有不同毒性水平的多种物质。这种能力可以帮助制药公司确定可能产生对人体有害影响的物质。

2015年4月,Organovo与化妆品生产公司默克和欧莱雅达成合作协议,利用Organovo的3D打印技术,打印皮肤和其他细胞。

据专业网站分析,使用3D生物打印的组织,制药业的研究人员现在无需人类志愿者就能够测试药物在“人体”器官上的可能效果。这使得药物开发人员可以进行更为激进的实验,而不用考虑测试对象的生命安全。

可见,在最终打印出能够用于人体器官移植的产品之前,某些阶段性的3D生物打印技术产品,仍可通过满足某些专业领域的需求,从而实现商业化。

而据生物谷网站的一篇文章分析,目前3D生物打印公司的基本发展历程可以清晰的划分成三个阶段:用于临床前药物测试的组织和器官——取代药物临床前动物实验——实现人体器官移植。

同时,华融证券的一篇产业研报则认为,当前生物3D打印企业的发展现状大多如下:处于研发阶段、处于亏损阶段,处于需不断融资的阶段,能够支撑资本市场信心的关键,是公司能否持续推出具有突破性的研究成果,让投资者“看见未来”。

值得注意的是,目前蓝光发展在地产、传统医药领域具有较雄厚的基础,这将有条件为其3D生物打印技术提供资金;同时,蓝光的决策层显然也愿意为未来投资,“杨铿主席不是搞科学的,也不是搞高科技的,但是他竟然有慧眼,能够大胆地投入这样一个事业。”康裕建说。

蓝光英诺目前的战略是,3D生物血管打印将主要瞄准于心血管疾病领域。心血管疾病发病率为全球第一,其中需要血管支架和人工血管置换的市场需求规模巨大。目前在心血管领域治疗主要应用的是非生物活性的人工血管或人工支架,而这些产品在临床应用中存在着很多潜在问题,这也是3D生物血管的机会所在。

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