讓醫(yī)學(xué)不再“血腥”，歐盟3D生物打印項(xiàng)目將提供更人性化的動物試驗(yàn)替代方案

導(dǎo)讀：在醫(yī)學(xué)研究中存在著不可或缺的一環(huán)，便是動物活體實(shí)驗(yàn)。據(jù)不完全統(tǒng)計，每年全世界范圍內(nèi)約有幾百萬只動物成為科學(xué)實(shí)驗(yàn)的犧牲品，盡管聽起來有些血腥，但這也是醫(yī)學(xué)發(fā)展必須經(jīng)歷的過程。不過近年來隨著3D生物打印技術(shù)的發(fā)展，一些通過生物打印的構(gòu)建體有望實(shí)現(xiàn)活體組織的功能化替代，并逐步達(dá)到取代動物實(shí)驗(yàn)的目的。

△2014年約40萬只小鼠葬身實(shí)驗(yàn)室

2022年2月18日，南極熊獲悉，歐盟（EU）資助的一個項(xiàng)目正在尋求通過3D生物打印的方式減少實(shí)驗(yàn)醫(yī)學(xué)研究中的動物測試。

在加泰羅尼亞生物工程研究所（IBEC）的協(xié)調(diào)下，BRIGHTER（通過光板光刻技術(shù)進(jìn)行生物打印：高分辨率和高速度的復(fù)雜組織工程）項(xiàng)目正在為組織工程和再生醫(yī)學(xué)開發(fā)新的三維生物打印工藝，以便在這些領(lǐng)域減少對動物標(biāo)本的使用。

特別值得注意的是是，該項(xiàng)目專注于使用基于圖案化激光光片的新型生物打印技術(shù)來制造人類皮膚。

BRIGHTER項(xiàng)目協(xié)調(diào)員ElenaMartinez教授說："我們創(chuàng)新的3D生物打印系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了更接近真實(shí)的組織，而且比目前的系統(tǒng)快得多，這是確保新組織可行性的基本因素。“

△一個含有皮膚細(xì)胞矩陣的小方塊。照片來自IBEC。

通過3D打印減少動物試驗(yàn)

3D生物打印技術(shù)在過去十年中取得了飛躍性的發(fā)展，在開發(fā)可行的病人特定組織方面取得了重大進(jìn)展。雖然這些發(fā)展為未來的藥效試驗(yàn)帶來了希望，但這些組織在很大程度上仍然是實(shí)驗(yàn)性的，離人體藥物試驗(yàn)還有幾十年的時間。

然而，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界都在努力改變這種狀況，瑞典生物打印機(jī)制造商CELLINK承諾推進(jìn)其對動物無害細(xì)胞測試模型的研究，并在斯圖加特大學(xué)使用微型皮膚模型來測試癌癥藥物的療效，以期淘汰動物測試。

在其他地方，F(xiàn)luicell公司的Biopixlar平臺已經(jīng)生產(chǎn)出高度復(fù)雜的神經(jīng)模型，這展現(xiàn)出出未來的臨床藥物篩選應(yīng)用潛力，而UpNano公司的NanoOne Bio系統(tǒng)正專注于細(xì)胞培養(yǎng)微結(jié)構(gòu)的制造，這可能有助于減少臨床試驗(yàn)背后的動物實(shí)驗(yàn)數(shù)量。

△CELLINK公司已經(jīng)收購了體外技術(shù)專家MatTek公司，以創(chuàng)建一個無害的藥物測試模型。照片來自MatTek。

更加人性化的動物試驗(yàn)替代方案

除了IBEC，法蘭克福歌德大學(xué)、以色列的Technion中心以及生物技術(shù)公司Mycronic和Cellendes也參加了BRIGHTER項(xiàng)目。該計劃希望能克服目前限制復(fù)雜人體組織制造的許多技術(shù)障礙。

這些合作伙伴正在合作開發(fā)一種新型的光板生物打印工藝，能夠產(chǎn)生復(fù)雜而準(zhǔn)確的體外模型，可用于制藥業(yè)和研究環(huán)境中的化妝品和藥物測試。

為了對該技術(shù)進(jìn)行微調(diào)，BRIGHTER團(tuán)隊(duì)正在努力3D打印人類皮膚，這是一種高度復(fù)雜的組織，由多種細(xì)胞類型和結(jié)構(gòu)組成，如汗腺和毛囊。水凝膠將構(gòu)成生物打印過程的一個關(guān)鍵組成部分，因?yàn)樗鼈儤?gòu)成了細(xì)胞生長和形成新組織的基礎(chǔ)，而且還可以使用患者自身的細(xì)胞對其進(jìn)行個性化定制。

為了打印出具有所需結(jié)構(gòu)、形狀和一致性的皮膚，研究人員正在使用先進(jìn)的成像技術(shù)，結(jié)合光片和高分辨率數(shù)字光罩的照明。通過將激光直接應(yīng)用于水凝膠，其中的細(xì)胞可以被 "圖案化 "并被塑造成合適的形狀，使研究小組能夠控制3D打印結(jié)構(gòu)的硬度、形狀和尺寸。

對水凝膠進(jìn)行高水平塑形的能力對于成功打印人類皮膚尤為關(guān)鍵，因?yàn)檫@種組織是由許多不同類型的細(xì)胞層組成的。根據(jù)BRIGHTER團(tuán)隊(duì)的說法，他們的生物打印過程還能夠產(chǎn)生打印組織的血管，并使皮脂腺和汗腺的功能，以及毛囊生長頭發(fā)。

IBEC的博士后研究員NuriaTorras博士說："我們希望能夠在大約10分鐘的時間內(nèi)打印出面積為1平方厘米、厚度為1毫米的皮膚樣本，而且細(xì)胞存活率超過95%，大大改善目前的生物打印條件。"

BRIGHTER項(xiàng)目希望體外皮膚模型的成功打印將驗(yàn)證其在制藥和研究環(huán)境中的應(yīng)用潛力，并最終減少藥物和化妝品測試的動物實(shí)驗(yàn)。