3D打印活细胞技术为未来医药和替代动物测试铺平道路

南极熊导读：自20世纪80年代3D打印技术问世以来，它不仅在制造业中占据了重要地位，还扩展到生物打印领域，允许我们打印人体器官和再生组织。这样的技术进步将带来怎样的变化呢？

2024年8月27日，南极熊获悉，意大利生物工程师Riccardo Levato博士等研究人员正在将这项技术推向一个令人兴奋的新方向。

Levato博士是荷兰乌得勒支大学医学中心和乌得勒支大学生物制造与再生医学副教授，他领导着一个跨国研究团队，成员来自比利时、意大利、荷兰、瑞典和瑞士。作为2021年至2025 年ENLIGHT研究计划的一部分，他们正在开发由人类细胞制成的微型3D打印胰腺。

该项目的目标是提升糖尿病新疗法测试的可靠性和准确性，并有望在未来实现实验室培育用于人体移植的器官。这项研究不仅可能革新医疗领域，还可能推动不需要动物实验的产品发展铺平道路。

△Levato领导一项名为PRISM-LT的多国研究计划，旨在开发各种活体组织的经济高效的3D打印技术（传送门）

活体蓝图

这项研究的关键材料之一是干细胞。这些细胞能够在接收到适当信号后，分化成各种不同类型的人体组织，例如肌肉细胞、血细胞和脑细胞。

最初的实验目标是为糖尿病患者提供帮助，实验中使用了从干细胞中培养的胰岛素生成细胞。然而，简单地将这些细胞移植到患病的胰腺中只能提供短期的缓解。Levato说，这是因为这些细胞缺乏必要的支持。

△Riccardo Levato博士

他解释说：“当你将这些细胞置于没有结构、没有血管、没有保护材料的环境中时，它们会随时间而死亡。这种情况通常只维持几年，然后你就必须重新进行移植。”

Levato和ENLIGHT团队正在尝试通过3D打印技术来解决这一问题，目标是创造带有血管的三维植入物，以支持细胞的长期存活。这一过程具有挑战性，因为活细胞在传统的3D打印过程中容易受损。

研究人员通过使用富含水的凝胶（即生物墨水）来解决这一难题。这种凝胶不仅可以携带和滋养细胞，还能在打印过程中提供必要的支持。随后，他们需要引导细胞的分化过程，以确保器官能够按照其遗传“蓝图”正常发育。为此，他们使用了光技术来精确控制细胞的分化过程。

△相关生物3D打印示意图（与本研究无关）

3D打印干细胞

ENLIGHT研究人员开发了一种新颖的3D打印技术，该技术通过光来塑造含细胞的生物墨水，而不是像传统3D打印机那样通过喷嘴挤压，后者可能会损害细胞。

Levato解释道：“我们使用光全息技术在某种介质中创建一个物体的光学图像。光全息技术是一种通过记录和重建光波的干涉图样来获取物体三维信息的方法。在这种3D光结构中，培养基变成固体，而在其它区域则保持液体状态，因此可以将其清洗掉。细胞被包裹在类似于活组织中细胞外基质的明胶状物质中。”

接下来，研究人员将细胞暴露在特定波长的光下，促使细胞成熟为能产生胰岛素的细胞。目前，团队正在实验室中测试这些植入物，研究人员希望这种3D打印类器官能够在本世纪末之前成为标准药物开发程序的一部分。

3D打印技术在生物医药和食品生产领域的应用前景广阔，尤其是在减少动物实验和生产可持续食品方面。特别是，研究人员正致力于开发经济高效的3D打印活体组织技术，旨在创造出能够真实模拟生物组织质地的复杂结构，从而在医疗和食品行业中发挥重要作用。