肝臟移植
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2021-07-26
肝臟移植的實(shí)例教程
導(dǎo)讀：2021年7月20日，南極熊獲悉，韓國3D生物打印機(jī)制造商T&R Biofab首次通過生物打印技術(shù)成功制造了肝臟組織，并將其移植到動(dòng)物試驗(yàn)對象體內(nèi)。如果未來有一天3D打印人類肝臟可以移植到患者體內(nèi)，你也不要覺得不可能。
T&R biofab研究人員采用一臺(tái)改良型3DX生物打印機(jī)，將球形微組織塑造成結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)復(fù)制了人類肝臟內(nèi)的 "小葉"。一旦植入實(shí)驗(yàn)室小鼠體內(nèi)，所產(chǎn)生的 "微器官 "顯示出良好的生存能力和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，有可能使它們向未來的肝臟再生療法邁出重要一步。
T&R Biofab公司科學(xué)戰(zhàn)略主管Paulo André Marinho說："我們的研究重點(diǎn)是，3D生物打印實(shí)際上可以使細(xì)胞三維結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。我們制作了一種表型相關(guān)的組織，一旦注入動(dòng)物體內(nèi)，其增殖效果大大優(yōu)于沒有結(jié)構(gòu)的3D打印對應(yīng)物。此外，它似乎是第一個(gè)成功地完全生物打印高度組織化的構(gòu)造，移植后幾乎沒有觀察到細(xì)胞死亡或纖維化的組織。"
△研究人員開發(fā)的3D生物打印和植入技術(shù)。圖片來自《Advanced Materials journal.》
生物打印的肝小葉
一般來說，人體是由幾個(gè)不同的多鱗片組織和器官組成的，肝臟是一個(gè)特別高度血管化的例子。在人類的肝臟中，大約80%是由被稱為肝小葉的小功能單元組成的，而3D生物打印技術(shù)的進(jìn)步正日益使復(fù)制這些構(gòu)件成為可能，并創(chuàng)建更厚、更可行的軟組織模型。
然而，培養(yǎng)這些肝細(xì)胞仍然被證明是困難的，特別是當(dāng)試圖為潛在的移植提供具有足夠血管化和細(xì)胞活力的生物打印器官。生物打印小葉的主要缺點(diǎn)之一在于用于創(chuàng)建它們的技術(shù)，因?yàn)榛谧贤饩€的方法往往需要使用交聯(lián)劑，而交聯(lián)劑可能對肝細(xì)胞有毒，破壞它們的活力。
展開 血管端端吻合進(jìn)行一次吻合，血管移植時(shí)需進(jìn)行兩側(cè)吻合。
本研究發(fā)現(xiàn)水凝膠對人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞沒有毒性，不會(huì)引起人外周血單核細(xì)胞的炎癥反應(yīng)發(fā)生，在動(dòng)物體內(nèi)的組織相容性良好，放置一個(gè)月后水凝膠可以完全降解，動(dòng)物組織可以完全愈合。
圖 4. 水凝膠的細(xì)胞毒性、生物相容性以及動(dòng)物體內(nèi)可降解性 (A) 水凝膠浸提液作用于人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞（HUVEC）后的免疫熒光圖像 (B) 不同濃度水凝膠浸提液對HUVEC 的存活率影響 (C) 水凝膠浸提液對人外周血單核細(xì)胞 (PBMC)炎癥反應(yīng)的影響 (D) 水凝膠的大鼠皮下埋植實(shí)驗(yàn) (E) 皮下炎癥的量化結(jié)果 (F) 水凝膠降解對大鼠肌肉組織愈合的影響 (G) 降解過程中水凝膠面積的量化結(jié)果。
圖 5. “磁輔助-水凝膠粘接”在肝臟移植中的應(yīng)用 (A) 大動(dòng)物肝臟移植模型 (B) 磁輔助-水凝膠粘接血管吻合手術(shù)過程 (C) 術(shù)后血管吻合口超聲檢查 (D) 術(shù)后一周大動(dòng)物肝臟功能恢復(fù)情況 (E) (F) (G)對大動(dòng)物進(jìn)行尸體解剖，血管吻合口標(biāo)本展示 (H) 吻合口標(biāo)本電鏡檢查及HE染色結(jié)果。
本研究在大動(dòng)物肝臟移植模型上成功實(shí)現(xiàn)了磁輔助-水凝膠粘接血管吻合，術(shù)后實(shí)驗(yàn)動(dòng)物恢復(fù)良好，肝功能在第8天完全恢復(fù)正常。術(shù)后38天，對動(dòng)物尸體進(jìn)行解剖，結(jié)果表明磁輔助-水凝膠吻合的血管完全愈合，無狹窄或血栓等并發(fā)癥發(fā)生。
展開 器官移植是治療部分器官衰竭患者的手段，僅在中國，臟器衰竭患者的器官移植需求量就達(dá)到了年均30萬例。公開數(shù)據(jù)顯示，2015年，中國成功完成肝臟移植2000多例、腎移植5367例，但2015年肝臟移植需求者新增4000多人，腎臟移植需求者新增了1萬多人，供需差距進(jìn)一步擴(kuò)大，僅肝臟移植就有500多人同時(shí)在同一家醫(yī)院等待，腎臟移植有2000多人在同一家醫(yī)院等待。我國器官捐獻(xiàn)率不到百萬分之三，而一些國家已經(jīng)達(dá)到百萬分之四十。
生物3D打印技術(shù)研究的重要目標(biāo)就是通過增材制造技術(shù)和再生醫(yī)學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)組織、器官的人工培養(yǎng)，最終解決移植器官供體短缺的問題。然而，生物3D打印器官技術(shù)仍存在很多需要解決的難題，主要包括：材料、血管形成與法規(guī)。這三大因素是目前阻礙3D打印人工器官成為一種現(xiàn)實(shí)的臨床治療技術(shù)的主要障礙。
實(shí)現(xiàn)器官“定制”所面臨的難題
從中國器官移植供需的數(shù)據(jù)中可以看到，每年等待器官移植的患者數(shù)量都多于器官捐贈(zèng)的數(shù)量，所以必然有一部分患者無法及時(shí)接受器官移植，他們可能因器官衰竭而死亡。即使是那些接受了器官移植的患者，也面臨著一生接受免疫抑制治療和相關(guān)醫(yī)源性疾病的困擾。
當(dāng)器官供需存在差異時(shí)，醫(yī)療界就會(huì)思考新的技術(shù)和商業(yè)模式來滿足需求，通過3D打印與再生醫(yī)學(xué)技術(shù)制造人造器官的思路也正是在這種情況下產(chǎn)生的。
器官3D打印流程，圖片來源：european Pharmaceutical manufacturer。
從事3D打印組織、器官研究的人員或機(jī)構(gòu)不僅需要具備增材制造技術(shù)，生命科學(xué)技術(shù)，還需要建立進(jìn)行人工組織、器官制造過程的數(shù)字化質(zhì)量管理體系，還需要解決來自材料、血管化和法規(guī)的挑戰(zhàn)。
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“磁輔助-水凝膠粘接”在肝臟移植中的應(yīng)用 (A) 大動(dòng)物肝臟移植模型 (B) 磁輔助-水凝膠粘接血管吻合手術(shù)過程 (C) 術(shù)后血管吻合口超聲檢查 (D) 術(shù)后一周大動(dòng)物肝臟功能恢復(fù)情況 (E) (F) (G)對大動(dòng)物進(jìn)行尸體解剖，血管吻合口標(biāo)本展示 (H) 吻合口標(biāo)本電鏡檢查及HE染色結(jié)果。
如果未來有一天3D打印人類肝臟可以移植到患者體內(nèi)，你也不要覺得不可能。
T&R biofab研究人員采用一臺(tái)改良型3DX生物打印機(jī)，將球形微組織塑造成結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)復(fù)制了人類肝臟內(nèi)的 "小葉"。一旦植入實(shí)驗(yàn)室小鼠體內(nèi)，所產(chǎn)生的 "微器官 "顯示出良好的生存能力和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，有可能使它們向未來的肝臟再生療法邁出重要一步。
公開數(shù)據(jù)顯示，2015年，中國成功完成肝臟移植2000多例、腎移植5367例，但2015年肝臟移植需求者新增4000多人，腎臟移植需求者新增了1萬多人，供需差距進(jìn)一步擴(kuò)大，僅肝臟移植就有500多人同時(shí)在同一家醫(yī)院等待，腎臟移植有2000多人在同一家醫(yī)院等待。我國器官捐獻(xiàn)率不到百萬分之三，而一些國家已經(jīng)達(dá)到百萬分之四十。
