德克萨斯大学西南医学中心（UTSW）正在开展一项由联邦资助的研究，旨在利用3D打印技术制造功能性肝组织。
该项目由美国卫生高级研究计划局（ARPA-H）支持，在五年内获得高达2500万美元的资助，并在名为“血管化免疫活性组织作为肝脏替代品”（VITAL）的项目下进行。它是该机构“个性化再生免疫活性纳米技术组织”（PRINT）计划的一部分。
为解决器官短缺问题所做的努力，包括使用活体捐赠者和改进供体器官的保存技术，都未能消除供需之间的差距。此外，肝移植还需要长期免疫抑制治疗，且费用高昂，平均手术费用接近100万美元。
该项目旨在生产用于移植以及药物测试和研究的实验室制造肝组织。其过程包括从肝病患者身上采集细胞，将其转化为诱导多能干细胞，并引导它们分化为不同类型的肝细胞。这些细胞随后将与一种水凝胶生物墨水结合，用于生物打印肝组织。“这个项目代表了通过生物医学创新推进患者护理的大胆一步，”德克萨斯大学西南医学中心生物医学工程系首任系主任、哈罗德·C·西蒙斯综合癌症中心和放射学教授Samuel Achilefu博士说。“它联合了工程师、临床医生和科学家，将发现转化为现实世界的解决方案，塑造一个功能性器官打印成为现实的未来。”
患者活检来源的肝脏类器官可以作为生物制造个性化、患者特异性全肝的构建模块。这张图片显示了从一名酒精性肝病患者肝脏活检中生成的肝脏类器官。CD44呈红色标记肝脏类器官，细胞核呈蓝色。
（图片来源：Sunil Shrestha博士，博士后研究员，Rizwan实验室 / UTSW。）
构建功能性打印肝脏
该项目旨在解决的主要技术难题之一，是在打印组织内部创建功能性血管和胆管的困难。这些结构是正常肝功能所必需的，它们的缺失限制了早期将实验室培养的肝组织扩展为完整人造器官的努力。
根据研究计划，打印的肝组织将首先在小动物模型中进行测试，然后在大型动物模型中进行测试，并有可能在大约五年内进行人体测试。研究人员估计，生产一个生物打印的肝脏大约需要10到13周。由于器官将由患者自身的细胞制成，该项目指出，移植受者将不需要免疫抑制药物。除了潜在的移植用途外，人造肝脏也计划用于实验室研究和药物开发。
该项目包括与从事3D打印和细胞制造工艺的学术合作伙伴的合作。这些合作伙伴包括宾夕法尼亚州立大学（PSU）和加州大学戴维斯分校（UC Davis）。
肝脏生物打印研究现状
根据联邦器官捐赠数据，目前美国有超过10万人在等待器官移植，平均每天有13名患者在获得器官前死亡。随着技术进步，肝组织的生物打印最终可能通过提供功能性肝移植物的替代来源，帮助减少对供体器官的依赖。
进展是显而易见的，例如乌得勒支大学的研究人员利用超快体积3D生物打印方法，在20秒内开发出功能性肝组织结构。该过程将干细胞来源的类器官打印成功能性3D结构，显示出改善的解毒活性，并包含用于营养灌注的多孔结构。
这项工作表明，生物打印正在超越小型、脆弱的实验室模型，朝着快速制造更大、功能性肝组织的方向发展，适用于药物测试，并最终用于再生应用。
体积生物打印肝脏样代谢生物工厂。图片来自《先进材料》。
在其他地方，东京大学的研究人员使用Regenova生物打印机和Kenzan方法，生物打印了一个无支架的人类迷你肝脏，将细胞球体组装在可移除的针状支撑物上，而不是永久性支架上。经过四天的灌注培养，细胞融合成稳定的组织，显示出持续的药物、葡萄糖、脂质和胆汁酸代谢，以及自组织和细胞外基质产生。通过避免人工支架同时保持长期功能，这项工作标志着在制造用于药物测试并最终用于再生应用的、更符合生理现实的生物打印肝组织方面取得了进展。
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