BioP3技术：通向生物3D打印人体器官的另一条路
有一项新技术有可能引起医疗行业的革命，它有可能实现完整器官比如肝脏、胰腺或者肾脏的按需制造，以解决目前可移植器官短缺的问题。尽管虽然仍处于原型阶段，但BioP3技术的开发人员已经获得了来自美国国家科学基金会（NSF）支持资金，这使得他们更加接近实现自动器官打印。
这个BioP3技术是由布朗大学生物工程师Jeffrey Morgan和Warren Alpert医学院和罗德岛医院手术研究员Andrew Blakely博士共同开发的。这个“BioP3”技术中的P3，代表“拾取（pick）、地点（place）和灌注（perfuse）”。这项技术借鉴了制造电子元器件的高速流水线上的“拾取、放置”原则——在流水线上电子部件被拾取，然后精确地放置到位，以便形成一个整体。
而在BioP3技术中，用于生成活体器官的是包含了几千到几百万个活细胞的3D微组织。该设备拾取大型、复杂的多细胞构建成部件，然后将它们输送到一个生成区，并精确将这些部件放置在所希望的位置，同时灌注他们（即使用稳定、连续的液体流，为它们带来营养并带走废弃物）。
“对于我们来说，这是令人兴奋的，因为它是一个构建组织的新方法，很有可能用来制造器官——通过逐层将大型、复杂活体部件层积在一起。”Morgan说。这种方法与3D生物打印技术不同，后者被认为最终能够实现人体器官的人工制造。当前的3D生物打印技术主要涉及植入细胞的生物材料的逐层沉积，每次只能打印一滴。“我们的做法则要快得多，因为它使用了预装配好的活体部件，该部件具有一定的功能形状，而且每个部件的低级都千倍于单个细胞。”Morgan说。
Morgan的微成型技术将细胞植入无粘着力的微型模具，在微型模具里不同类型的细胞自组装成预定的形状，例如球形、杆形、类似甜甜圈的环性或蜂窝状，最终形成微组织。使用BioP3技术，科学家将有可能通过将活体微组织结合起来构建出更大的组织。研究人员已经将关于BioP3技术的论文发表在了最新一期的《Tissue Engineering Part C》里。
BioP3装置看起来像一个小小的透明塑料箱，一个挑选出来的微组织被存储在中央腔室中。一个喷嘴被连接到各种管子和一个显微镜般的台子上，这个喷嘴主要用来通过吸力拾取微组织。然后操作人员可以精确地移动各个微组织部件到指定的地方，逐步建立一个3D生物结构。该微组织被封闭在液体和喷嘴内的管道产生液体吸力，使得喷嘴能够拾取、携带、释放活体微组织，并且不会对它们造成任何损坏。
经过一段时间，微组织结合在一起，形成了一个单一的结构。“这个项目特别吸引我的地方是，它是大尺寸组织工程领域中一种前所未见的全新方法。”Blakely说。
该论文展示了Blakely创建的多个不同的生物结构，包括一摞16个甜甜圈环和一摞个四个蜂窝状结构。其中这一摞蜂窝体达到了一百万个细胞，厚度超过2毫米，尽管这么多细胞对于一个完整的器官而言仍然远远不够，但证明了该蜂窝体具有与人类器官一致的器官密度。
生物工程化组织的蜂窝体可以堆叠并组织成更大的活体结构。 图片：布朗大学
该BioP3装置的原型主要是从家得宝购买的零部件组装而成的，成本不到200美元，但由于它是手工操作，所以Blakely花了1个小时才堆起来薄薄的16个“甜甜圈环”。开发人员希望以后这些过程能够自动完成，不仅能够提高构建速度，而且可以独立精确地组装大型、高密度的组织。
幸运的是，2014年9月份，研发团队获得了来自美国国家科学基金会一笔140万美元、为期三年的资助。研究人员将会把这笔资金用于实现该技术的自动化，并将其用于研究如何构建大型的活体组织、它们在较长一段时间里将如何表现、以及他们的形状将如何演变等。
“我们只是刚刚了解我们可以制造什么样的活体组织，以及这种活组织如何用来设计结构中的血管网络。”Morgan说。“制造一个器官是生物医学工程的巨大挑战，我们已经朝着这个方向迈出了显著的一步。”
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