一文带你了解生物3D打印实现类器官高通量生产

类器官模型是一种有良好潜力的临床前模型，可部分还原细胞在体内的组织和分子特性，相较于传统的精准、再生医学手段，类器官能够更大程度地模拟体内器官的功能。与全基因组测序相比，类器官药物敏感性数据更准确。

此外，类器官还可以与体外基因编辑技术结合，实现对器官水平的基因改造。特别是基于癌症病人肿瘤组织在体外三维培养的肿瘤类器官，作为肿瘤疾病模型，在癌症药物、疗法、个性化精准研究和开发中具有巨大的应用潜力。

然而，目前类器官研究还存在一些问题。例如，类器官的形态和组成的可控性较差，同批次类器官个体之间以及不同批次类器官样本之间存在明显差异。此外，建模周期较长（培养周期需要4-6周），且建模过程缺乏自动化操控，耗时费力。

相比之下，生物3D打印类器官具有高通量生产的能力，操作过程更加简单高效，适合进行工业级生产。它不仅能够快速连续地进行多组测试和筛选，同时还可以利用较少的样本快速探索多种变量对模型的影响，从而为科学研究和医学实践提供更广阔的可能性。

生物3D打印实现高通量肾脏类器官生产

澳大利亚的 Melissa H. Little团队应用基于挤出式的生物3D打印技术，快速、高通量生成肾脏类器官，具有高度可重复的细胞数量和活力，并评估氨基糖苷的相对毒性作为药物测试概念的证明。打印的肾类器官在随后的20天培养过程中显示出自发性肾单位形成，并发现与手工构建的方法等效，且生物3D打印保持了高的构建效率和稳定性。

另外，生物3D打印能够精确地控制生物物理特性，包括类器官的大小，细胞数量和构象，而对类器官构象的修饰则大大增加了每个起始细胞数量的肾单位产量。

类器官的生物打印将生产量提高了九倍（在10分钟内大约有200种类器官），同时提供了有关细胞数量，直径和细胞生存力的高质量控制。

生物3D打印实现高通量肿瘤类器官打印

清华-伯克利深圳学院精准医学与公共健康研究中心马少华副教授、黄来强教授团队使用微流控联动生物3D打印技术快速制造、培养和自动化操控构建出正常组织和肿瘤类器官。

通过微流控液滴技术将含有细胞的Matrigel剪切成直径约500微米的均一化微球并将其作为细胞活动的结构模板，经过1周培养熟化（细胞自组织）即可形成类器官。利用这个平台成功培养了小鼠肝、肺、肾等正常组织的类器官，癌症病人肺、肾、胃、直肠等多种肿瘤的类器官。

本研究成功建立了类器官的均一化、自动化、高通量培养平台，制备的正常组织和肿瘤类器官，形态结构均一，忠实地保留了源组织/肿瘤从基因分子细胞到组织生理病理的特性、对药物的反应功能。

其中肿瘤类器官高度保持了源肿瘤的异质性和患者之间的异质性，为肿瘤的发病机理研究、药物和疗法的筛选和评价、精准个体化，以及再生医学的研究和开发提供了优良的技术平台和疾病模型。

生物3D打印实现高通量肝脏类器官生产

清华大学的王韫芳博士及其团队与敏速智造展开了合作，借助Panospace BioPro-X设备建立了基于微肝组织的高通量药物安全性可视化和可量化评价平台，研究肝脏类器官的应用。

与原位单细胞培养的类器官相比，生物3D打印技术形成的类器官能够保留人体器官的表达特征，其遗传特征使得构建的微肝组织模型更贴近真实肝脏组织。模型构建速度快且高效，形状和密度均匀可调控，更符合研究需求，并能够定制化设计不同的实验模型。构建方法可靠性和稳定性高，能够提供一致的实验平台，减少实验结果的变异性。

这一可视化和可量化评价平台的建立还能够减少药物开发过程中的时间和成本。研究人员可以通过高通量技术同时测试多个药物样本，加快药物筛选和评估的速度。

预计这一平台的发展将为药物研发和临床提供更准确、高效的方案。通过深入研究药物在微肝组织模型中的代谢和毒性反应，可以更好地预测潜在的药物不良反应，并在早期阶段进行有效的筛选和优化。