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《SCIENCE TRANSLATIONAL MEDICINE》:生物3D打印人体组织及其临床应用

《SCIENCE TRANSLATIONAL MEDICINE》:生物3D打印人体组织及其临床应用

  • 分类:行业动态
  • 发布时间:2022-12-06 16:26
  • 访问量:

【概要描述】

《SCIENCE TRANSLATIONAL MEDICINE》:生物3D打印人体组织及其临床应用

【概要描述】

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2022年10月12日,Carnegie Mellon大学生物医学工程系Adam W. Feinberg等在《SCIENCE TRANSLATIONAL MEDICINE》上发表题为3D-bioprinted human tissue and the path toward clinical translation(3d生物打印人体组织及其临床应用)的研究论文。3D生物打印技术是一项革命性的技术,用于工程组织的疾病建模和药物筛选,以及构建用于修复、再生和替换的组织和器官。本文讨论了3D生物打印的技术进步,所面临的关键挑战,以及临床应用的重要里程碑。

原文链接:

https://www.science.org/doi/10.1126/scitranslmed.abo7047

  研究背景  

组织工程一直被寄希望于为一系列应用创造组织,从体外疾病建模到体内再生、器官修复和替换。然而,到目前为止,很少有技术能够重现再造生理功能所需的复杂组织结构和细胞空间异质性。在过去的十年中,三维(3D)生物打印作为一种生物制造方法迅速发展,使空间控制沉积生物材料和细胞在3D中具有前所未有的精度和控制。3D生物打印在使用计算机辅助设计(CAD)软件和多轴机器人硬件来创建3D结构方面是独一无二的,与传统的组织工程方法相比,它具有无与伦比的复杂性。同样重要的是使用医学成像数据的能力,如计算机断层扫描(CT)或磁共振成像(MRI),以创建患者特定的解剖模型,为组织和器官工程提供量身定制的方法。基于此,本文阐述了最近的3D生物打印创新,有可能构建人体组织的体积,以及解决临床转化道路上长期挑战的概念验证应用。

  研究内容解读  

3D生物打印技术正在迅速发展,但仍然存在大量的挑战,包括多种细胞类型的整合,建立功能齐全的多尺度血管系统,并实现与人体相似的组织功能。除了生物打印本身,临床应用也需要发展,包括大规模细胞生产和分化,打印后组织成熟的生物反应器平台,以及器官尺度构建的完全确定的调节通路。最后,未来临床应用的成功将需要大量的投资。公私合作,如先进再生制造研究所正在努力建立支持组织工程医疗产品生物制造所需的技术、标准和监管框架。学术机构也在形成中心,如美国国家卫生研究院资助的工程复杂组织中心,该中心与马里兰大学、莱斯大学和维克森林大学合作,梅奥诊所和卡内基梅隆大学合作进行移植。最后,越来越多的公司正在投资3d生物打印人体组织,并致力于快速推进临床前测试和启动人体临床试验。随着这些努力的发展和扩大,3d生物打印的人体组织在技术上是否可行已不再是问题,而是哪些具体应用将首先成功转化为临床的问题。

图1 3d生物打印组织和器官的主要挑战和要求。3d生物打印组织和器官的翻译需要跨越工程、生物学和医学科学的进步。这包括(i)更快的3D生物打印机,可以产生更大、更复杂的组织,(ii)优化的生物墨水和生物材料,(iii)扩大大量细胞并将它们分化为目标细胞类型的能力,(iv)容积组织的血管化和灌注,(v)免疫耐受,以确保患者的长期生存能力,(vi)组织结构的无损验证,以及(vii)验证成功临床应用所需的组织和器官功能。OCT,光学相干层析成像;CT,计算机断层扫描;MRI,核磁共振成像。

图2 3d生物打印结构的临床应用主要里程碑的前瞻性时间轴。构造包括用于体内组织再生的脱细胞支架,用于体外疾病建模的人体组织,用于修复和替换的人体组织,以及用于移植的实体器官。

——END——

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