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细胞打印:筛选个性化肿瘤药物“新招”

发布时间:2019/01/10 新闻

“用3D打印出的微型肝脏组织,移植到小鼠体内,小鼠的生存时间有明显改善,有新生血管生成。”近日,在由中国增材制造产业联盟生物增材制造产业组主办、迈普医学承办的“生物3D打印驱动创新医疗”学术论坛上,清华大学机械工程系教授、博士生导师徐弢透露了3D生物打印的研究新成果。他强调,目前打印活体器官主要还在基础研究阶段,为临床做准备。

“我们在探索细胞打印应用于人体的可能,已在规划的打印‘尿道’植入人体临床实验,有望成为世界上首例活体打印、现场植入的实验。”徐弢说。

3D打印更能模拟干细胞生长环境

生物3D打印技术的理念诞生于2000年,由美国科学家托马斯·波兰提出。作为托马斯教授的第一位博士生,徐弢将此技术概念实现了。他和导师共同拥有世界上首个细胞打印专利。

“《生物制造》(《Biofabrication》)杂志的影响因子已从0提高到8.383,可看出生物3D打印行业在这几年的迅速发展。”他说。

生物3D打印的应用已从最初打印不可以直接用于人体但面向医学应用的材料,发展到细胞打印,将活细胞作为主要打印单元,构建人体的活性组织和器官。且随着技术不断创新,医疗领域中的细胞打印创新应用令人眼界大开。

细胞打印能帮助人们评估新药物的疗效,实现个性化肿瘤药物筛选。“肿瘤药物治疗,最初用药靠经验总结,后来利用基因诊断发现靶点。但基因属于较基础信息,目前手段不能检测到所有耐药性及药物反应基因信息。”徐弢说,肿瘤用药发展到3.0时代,医生可将个性化的肿瘤细胞取出,进行组织层面的诊断,其中的难点就是重建病人的肿瘤组织。

徐弢已对胶质瘤细胞、星形胶质细胞、脑微血管内皮细胞等恶性肿瘤进行研究。他以胶质瘤为例向科技日报记者介绍道:“我们从切除出来的肿瘤组织中分离出细胞,把其打印成细胞芯片。接着结合基因分析,把不同药物放在细胞芯片上进行治疗,从而找出适合病人的最理想药物。”

在干细胞和免疫细胞治疗领域,细胞打印也大有可为。经过几十年发展,多种疾病用干细胞治疗效果趋于明确,干细胞研究及临床转化进入井喷的“黄金窗口期”。然而,面向临床应用的干细胞培养面临着数量、质量和污染的挑战。

“在实验室阶段,少量干细胞就能达到研究目的,临床转化时一个病人往往需要数十亿级别数量的干细胞。从人体收集到的干细胞数量只有几百万或几千万水平,需要扩增到数十亿水平,这是巨大的挑战。”徐弢指出。此外,临床细胞培养不使用抗生素,污染风险增高。

他正在进行此方面的研究,并发现在3D打印环境中更能模拟干细胞的生长环境,具备将几百万细胞扩增为数十亿细胞的能力。

面临准入标准缺失窘境

细胞打印是否有望植入人体进入临床呢?“目前打印活体器官主要还在基础研究、为临床进行准备的阶段。”徐弢解释,因为涉及到活细胞,不仅技术上要发展完善,各国还要进行监管和法规评定,但现阶段却面临着行业准入标准缺失的窘境。

“实现简单的器官打印,目前是有基础的。” 徐弢说,世界上已有用人造膀胱,让孩子存活十多年的事实。美国有10多个小孩,天生膀胱小,每隔10多分钟就得上厕所,无法上学。他的导师从其膀胱里取出一块邮票大小的细胞活组织,经过一个月左右的培育,细胞组织迅速成长,面积可覆盖足球场。随之制备膀胱模具,用高分子可降解材料构建细胞的支架,犹如葡萄架,把培育成的膀胱细胞种进去,大概1个月后,再移植到小朋友体内。“细胞来自自体,不存在排异问题。”他表示,在细胞打印阶段,要做的事是把原来手工制作模具的过程自动化。

对于3D生物打印技术在临床规模化应用前景,他保持乐观的态度,“有挑战,有希望。” 徐弢透露,他准备和导师合作,利用病人尿道细胞打印一段尿道,用于尿道修复。

尿道狭窄在临床上属于棘手疾病,目前用病人的皮肤或口腔黏膜修补尿道的治疗办法会造成二次伤害,而且遇上大段的、长的尿道缺损,更难以解决。

“我们拟用细胞打印技术,将病人尿道内皮细胞和负责尿道收缩的平滑肌细胞取出,同时打印构成尿道的主要材料,将之组建成多细胞的双层结构‘尿道’,之后植入病人体内。”徐弢说,现在他们团队正在进行临床前准备,及规划临床实验。

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