生物3D打印人类肝脏需要怎样的洪荒之力？

     今年十月，生物3D打印公司Organovo宣布，已经开始发力人类直接移植3D打印人体肝脏组织。这项努力不应该被低估，因为这项工作使得病变的肝脏有了可以待移植的“补丁”，可以使得病人重获健康，对于那些患有肝功能衰竭的人来说意味着重获生命的希望。

    到目前为止，Organovo已经展示了他们拥有3D打印肝脏和肾脏组织的能力。而要打印可供移植的肝脏单元，甚至整个器官，这需要怎样的洪荒之力？本期，让我们深入理解这个令人费解的世界。

图片：Organovo打印的组织

    最先商用化的生物打印机包括envisionTEC的工业级3D Bioplotter。而新的初创企业，像BioBots和CELlink这些入门级的生物打印机则只需要10,000美元左右。

图片：CELlink的入门级生物打印机

     Organovo成立于2009年，最先是发明了自己的生物3D打印机NovoGen MMX，这家公司在发明自己的打印机后就迅速的将商业模式从生物打印机转移到了组织打印服务，并与2013年推出了3D打印人体肝细胞组织单元。

       这 些肝组织打印是如何完成的呢？就拿Organovo的设备来说，一个注射器里面包括肝实质细胞（占70至百分之85的肝体积）。另一个注射器充满了非实质性的肝细胞（占肝脏体积的百分之6.5）。肝脏非实质细胞对于打印的成功起到了重要作用，肝脏非实质细胞参与了肝脏的大多数病理生理过程，还参加炎症、血液及免疫紊乱、休克、脓毒血症等病理过程，自身的数量、结构、功能等的变化影响着肝脏功能。

第二注射器先打印一个蜂巢状模具，然后由第一注射器填充肝实质细胞，最后的打印结果被放置到一个孵化器。在这里，肝细胞增殖成为20个细胞厚，测量下来约500微米。3D打印出来的多细胞的肝单元实际上具有主要的肝功能，如合成白蛋白、纤维蛋白原和转铁蛋白的能力，以及合成酶活性的胆固醇。

     Organovo可以保持细胞存活40天，通过与制药企业罗氏公司的合作，罗氏在肝单元上进行其对乙酰氨基酚的毒性测试，从而Organovo顺利地将其肝单元商业化，并与2015年又取得了与默沙东的合作。

     到2014年，在药物毒性测试的商业用途上，Organovo已经完全实现商业化，其ExVive肝组织单元已经批量供应给大型的制药公司。在大约45分钟内，Organovo就可以3D打印大约3mm直径和0.5mm厚的肝单元。

图片：Organovo的生物打印机

     为研究者提供生物打印的人类肝单元来测试新药是具有社会价值的，它可能会使药物获得市场准入更迅速，因为这些药物可以从动物到人类的临床试验来更深入的了解其毒性和副作用。而另一方面，可以帮助避免有毒药物在已经公开上市后又被召回，因为这些药物在第一时间的人类肝脏单元测试中就可能不被通过。而Organovo在测试其生物打印的肝单元的移植的时候，发现移植的人工肝单元与自然肝脏组织融合得很成功。于是，Organovo将商业模式扩展到移植领域，并计划三到五年向FDA提交提交3D生物打印肝脏组织研究性新药（IND）的申请

      除了肝单元的生物打印，Organovo还突破了3D打印肾脏单元-ExVive人类肾脏，能够有效地表现出肾脏的功能，ExVive人类肾脏组织近端管功能可以维持超过四个星期。这些肾脏单元可用于测试肾毒性。多家毒理学研究团队与Organovo进行了合作，其中有两家合作方名列全球最顶尖的25家制药公司之中。

     当然，产生更复杂人工组织的最大障碍是如何维持其生命的能力，由多种类型的细胞组成的组织如何获得营养和氧气。为了实现这一目标，血管组织的打印是必要的。

     许多研究人员试图解决泵送血液生物打印的问题，走得最远是哈佛威斯生物工程研究所的Jennifer Lewis教授带领的团队。目前，Lewis的团队能够制造一个嵌入式血管网厚的组织。在3D打印的硅胶模具中，她的团队打印了一个共聚物组成的网格：由明胶、人类血细胞和纤维蛋白原组成。血管网格相互连接。研究人员将血管内皮细胞注入血管，让这些细胞生长为血管内壁。打印血管的油墨属性非常特殊，它们在冷却之后将会融化，只留下由内皮细胞长成的人工血管壁。

     哈佛大学的这项突破可以说是补齐了Organovo这类的生物3D打印公司一直以来所缺乏的一块短板，这些包含丰富血管的人工组织，如果将来被移植到人体，还能够让它们尽快与人体“连接”在一起，尽快在人体内存活下来。而由此以来，我们不仅仅可以有望获得肝脏和肾脏的“补丁”，更有可能在将来获得完整的3D打印人类器官。