肝臟移植的案例
突破：生物3D打印肝臟組織移植手術成功，小鼠細胞生存活力高
導讀：2021年7月20日，南極熊獲悉，韓國3D生物打印機制造商T&R Biofab首次通過生物打印技術成功制造了肝臟組織，并將其移植到動物試驗對象體內。如果未來有一天3D打印人類肝臟可以移植到患者體內，你也不要覺得不可能。
T&R biofab研究人員采用一臺改良型3DX生物打印機，將球形微組織塑造成結構，這些結構復制了人類肝臟內的 "小葉"。一旦植入實驗室小鼠體內，所產生的 "微器官 "顯示出良好的生存能力和結構穩定性，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公司科學戰略主管Paulo André Marinho說："我們的研究重點是，3D生物打印實際上可以使細胞三維結構發生變化。我們制作了一種表型相關的組織，一旦注入動物體內，其增殖效果大大優于沒有結構的3D打印對應物。此外，它似乎是第一個成功地完全生物打印高度組織化的構造，移植后幾乎沒有觀察到細胞死亡或纖維化的組織。"
△研究人員開發的3D生物打印和植入技術。圖片來自《Advanced Materials journal.》
生物打印的肝小葉
一般來說，人體是由幾個不同的多鱗片組織和器官組成的，肝臟是一個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生物打印技術的進步正日益使復制這些構件成為可能，并創建更厚、更可行的軟組織模型。
然而，培養這些肝細胞仍然被證明是困難的，特別是當試圖為潛在的移植提供具有足夠血管化和細胞活力的生物打印器官。生物打印小葉的主要缺點之一在于用于創建它們的技術，因為基于紫外線的方法往往需要使用交聯劑，而交聯劑可能對肝細胞有毒，破壞它們的活力。
展開 哈佛鎖志剛院士與西安交大呂毅/唐敬達提出磁輔助-水凝膠粘接方法用于器官移植
血管端端吻合進行一次吻合，血管移植時需進行兩側吻合。
本研究發現水凝膠對人臍靜脈內皮細胞沒有毒性，不會引起人外周血單核細胞的炎癥反應發生，在動物體內的組織相容性良好，放置一個月后水凝膠可以完全降解，動物組織可以完全愈合。
圖 4. 水凝膠的細胞毒性、生物相容性以及動物體內可降解性 (A) 水凝膠浸提液作用于人臍靜脈內皮細胞（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胞 (PBMC)炎癥反應的影響 (D) 水凝膠的大鼠皮下埋植實驗 (E) 皮下炎癥的量化結果 (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果。
圖 5. “磁輔助-水凝膠粘接”在肝臟移植中的應用 (A) 大動物肝臟移植模型 (B) 磁輔助-水凝膠粘接血管吻合手術過程 (C) 術后血管吻合口超聲檢查 (D) 術后一周大動物肝臟功能恢復情況 (E) (F) (G)對大動物進行尸體解剖，血管吻合口標本展示 (H) 吻合口標本電鏡檢查及HE染色結果。
本研究在大動物肝臟移植模型上成功實現了磁輔助-水凝膠粘接血管吻合，術后實驗動物恢復良好，肝功能在第8天完全恢復正常。術后38天，對動物尸體進行解剖，結果表明磁輔助-水凝膠吻合的血管完全愈合，無狹窄或血栓等并發癥發生。
展開 3D打印器官能否跨越技術與法規障礙，解決移植器官短缺問題？
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到了年均30萬例。公開數據顯示，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，供需差距進一步擴大，僅肝臟移植就有500多人同時在同一家醫院等待，腎臟移植有2000多人在同一家醫院等待。我國器官捐獻率不到百萬分之三，而一些國家已經達到百萬分之四十。
生物3D打印技術研究的重要目標就是通過增材制造技術和再生醫學技術實現組織、器官的人工培養，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。這三大因素是目前阻礙3D打印人工器官成為一種現實的臨床治療技術的主要障礙。
實現器官“定制”所面臨的難題
從中國器官移植供需的數據中可以看到，每年等待器官移植的患者數量都多于器官捐贈的數量，所以必然有一部分患者無法及時接受器官移植，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醫源性疾病的困擾。
當器官供需存在差異時，醫療界就會思考新的技術和商業模式來滿足需求，通過3D打印與再生醫學技術制造人造器官的思路也正是在這種情況下產生的。
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構不僅需要具備增材制造技術，生命科學技術，還需要建立進行人工組織、器官制造過程的數字化質量管理體系，還需要解決來自材料、血管化和法規的挑戰。
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