生物打印技术在精准医学领域研究应用现状的中(5)
3.4 组织/器官再生 3D 打印技术应用于生物医疗初期只能打印包括骨、软骨、血管神经、肌腱、牙齿和皮肤组织等的3D 支架[3,14,54-55],目前已经逐步发展到可以打印如肝、肾、心脏等具有较复杂结构和生物组成的器官原型[19,56-57]。基于高频关键词统计信息显示当前组织/器官再生领域的前沿热点主要集中在干细胞的相关研究中,干细胞具有很强的增殖和分化能力,越来越多地被用来修复和再生人体组织和器官,在组织工程领域具有良好的治疗潜力。目前主流应用方法是通过多喷头的3D 打印技术将细胞与生物支架混合打印,植入人体后相应位置的细胞替代损伤组织完成创伤部位的修复或再生,此时干细胞的自我增殖和分化能力可有效避免二次损伤、排斥反应等问题[58-59]。另外,为干细胞营造良好生长环境的生物材料也是研究人员关注的焦点,如明胶[25]、海藻酸盐[25,60]、细胞外基质等[61]。3D 打印干细胞技术不仅可以为患者提供精准化治疗和个体化方案,还适用于批量快速生产,具有广阔的临床应用前景。
3.5 药物研发 药物研发和制药业一直以来对医学临床实践具有举足轻重的影响,新药的研发也一直被作为首要目标,但药物研发的许多步骤均需耗费大量时间和资源使得研发成本极高,而3D 打印技术则为研究人员带来了能够极大提高过程效率的干预手段。根据文献高频词统计分析发现生物3D 打印技术应用于药物研究主要集中在药物递送(Drug Delivery)和药物筛选(Drug Screening)两个方面[32,34,62-64]。3D 打印的自由成型技术可以制造出具有高精度和灵活性的特异性给药装置,用于精准控制药物的大小、形状以及多种活性成分在人体内的复杂释放过程,以实现针对特定患者的个体化药物递送[65-66]。2015 年8 月,全球首例3D 打印处方药Spritam(左乙拉西坦,或Levetiracetam)速溶片获得美国食品药品监督管理局批准用于治疗癫痫疾病,这是生物3D打印技术首次成功用于制药行业且具有里程碑意义。为了突破传统制药工业中通过细胞单层培养和动物实验进行药物筛选的局限,3D 打印技术引入后可精确地操控细胞及生物材料以打印体外组织/器官模型和微流控分析设备用于药物筛选,具体包括微组织、器官芯片、组织/器官构造等,从而可以更好地模拟细胞间相互作用、细胞与细胞外基质相互作用、以及其他体内组织固有特征,提高药物筛选和新药转化效率[32,67-75]。此外,生物3D 打印技术在未来将使小型药物生产工艺成为可能,药品生产从此可不局限于大型制药厂,这将有机会为发展中国家制药业打造出一条新的发展模式。
3.6 展望 通过借助新兴的生物3D 打印技术让诸多生物组织和器官从虚拟模型变为现实的三维物体,以数字化手段打造了一条从医学成像、术前规划到植入物设计和制造的个体化医疗通路。同时3D 打印出来的实体从形态和功能性上逐步逼近天然组织和器官,这有望能在临床上代替或修复受损的人体组织和器官,也可能成为药物研究的真实的组织微环境。通过生物3D 打印技术可以加工出以往常用的减材制造无法制备的复杂结构,并且具有很高的材料利用率和加工效率。但生物3D 打印技术的生物安全性、免疫原性以及高成本也日益受到关注,同时对于复杂器官的复制仍有差距。此外,在打印过程中提高细胞的存活率、打印速度和精度等问题还有待进一步改善。
作者贡献:第一作者和通讯作者参与文献检索、数据整理、可视化分析及文献计量学分析。第二作者和第三作者参与热点研究领域相关论文的科技前沿内容研判。所有作者共同完成文章撰写。
经费支持:该文章接受了“国家重点研发计划“精准医学研究”重点专项(2017YFC0)”的资助。所有作者声明,经费支持没有影响文章观点和对研究数据客观结果的统计分析及其报道。
利益冲突:文章的全部作者声明,在课题研究和文章撰写过程中不存在利益冲突。
文章查重:文章出版前已经过专业反剽窃文献检测系统进行3 次查重。
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文章来源:《精准医学杂志》 网址: http://www.jzyxzz.cn/qikandaodu/2021/0715/671.html