3D生物打印技術應用于探索人類骨髓中血小板生產(chǎn)的生物打印之路
人體具有一項非凡的能力，通過產(chǎn)生促進血液凝固的血小板來應對損傷。這個復雜的過程由巨核細胞領導，而巨核細胞存在于我們骨骼內(nèi)的骨髓中。然而，血小板的自然生產(chǎn)無法滿足數(shù)百萬血液病、病毒感染或化療患者所需的輸血需求。
如今，血小板的主要來源是健康的捐獻者。然而，對血小板單位的需求不斷增加，再加上其約五天的短暫保質(zhì)期，經(jīng)常導致血小板供應短缺。這種短缺會導致并發(fā)癥，尤其是在捐贈率較低的時期，如夏季，或在流行病等公共衛(wèi)生緊急情況下。盡管選擇最佳治療方案具有挑戰(zhàn)性，但藥理學治療方案可能是一個有價值的替代方案。
將絲綢與生物打印相結合，重現(xiàn)人類骨髓環(huán)境
Alessandra Balduini教授，帕維亞大學
帕維亞大學的Alessandra Balduini教授及其團隊正通過啟動EIC Transition SILKink項目來迎接這一挑戰(zhàn)。該項目旨在生產(chǎn)一個突破性平臺，結合了天然絲和3D生物打印技術，以重現(xiàn)人類骨髓中產(chǎn)生血小板的環(huán)境。研究人員認為，他們可以對實驗室培養(yǎng)的巨核細胞進行編程，使其模擬在人體內(nèi)的環(huán)境，并為直接在患者的巨核細胞上進行新療法的離體篩選提供一個敏感的系統(tǒng)。這將有助于選擇最佳治療方案，最終改善臨床護理。
該項目由意大利帕維亞大學牽頭，與CELLINK生物打印公司合作。合作伙伴Catalyze Group將利用其商業(yè)專業(yè)知識為SILKink制定最佳的市場準入戰(zhàn)略。
制作一種可以模仿骨髓柔軟度的功能化生物墨水
在過去的15年中，Alessandra一直致力于研究人類骨髓中血小板產(chǎn)生的機制，以及與血小板和凝血過程相關的人類疾病的臨床方面。她的團隊開發(fā)了一個早期的絲骨髓3D模型，作為該項目的基礎和起點。盡管現(xiàn)有的模型在功能上是有效的，但它缺乏適當?shù)膭偠�。該團隊的目標是將該模型標準化，以便用于藥物測試應用和個性化藥物研究。
亞歷山德拉的團隊轉(zhuǎn)向生物打印來解決這些挑戰(zhàn)。在進行任何打印之前，該團隊首先需要識別和開發(fā)一種適用于制作骨髓模型的生物墨水。生物墨水必須足夠柔軟，以模仿骨髓的柔軟度。
“我們想要創(chuàng)建一個可以在功能方面進行控制和操作的系統(tǒng)，同時也要保持復制天然骨髓組織的柔軟性，這一點至關重要。”
– Alessandra Balduini 教授
帕維亞大學
并非所有的生物材料都適用于血小板，因為有些生物材料會阻礙巨核細胞產(chǎn)生血小板，或?qū)е滦滦纬傻难“暹^早耗盡。此外，3D結構需要由細胞外成分組成，以支持巨核細胞的分化，而不會對血小板產(chǎn)生不利影響。
利用先前資源的潛力
帕維亞的團隊利用了他們在絲綢方面的經(jīng)驗，并結合了CELLINK在生物打印領域的專業(yè)知識，開發(fā)出一種基于絲綢的新型生物墨水配方。所使用的絲綢是由家蠶繭生產(chǎn)的天然生物材料。這種蛋白質(zhì)因其自組裝能力、強大的機械性能、生物相容性和生物降解性而特別適合用于血小板的生物打印。
該團隊成功地使用 BIO X 將患者的造血干細胞和祖細胞3D生物打印成液體絲基生物墨水，然后固化，維持結構，并支持血小板產(chǎn)生的生理過程。與其他研究相比，該模型顯示出優(yōu)越的血小板產(chǎn)量，這歸因于其對骨髓特征的準確模仿。
“先進的生物打印技術和絲素蛋白生物材料的融合使我們能夠創(chuàng)建一種尖端的骨髓模型，允許體外巨核細胞生成和血小板生產(chǎn)。這標志著在治療血小板減少等導致血小板計數(shù)低的疾病方面取得了個性化藥物方面的突破。”
– Pierre Alexandre Laurent
博士，CELLINK
在CELLINK總部，哥德堡的團隊合影
通過開發(fā)一種新的生物墨水并將生物打印納入他們的項目，該團隊能夠標準化和簡化功能性3D骨髓模型的生產(chǎn)。這意味著該模型可以作為制藥行業(yè)的一種新的篩選技術，用于預測化合物對血小板數(shù)量或功能的治療效果。評估有效藥物是一個代價高昂的過程，因為動物模型通常被證明是人類結果的不可靠預測因素。生物打印模型提供了一個精細的離體篩選系統(tǒng)，用于評估新治療藥物的療效。
“通過生物打印，我們獲得了持續(xù)調(diào)節(jié)關鍵打印參數(shù)的能力，例如溫度、細胞計數(shù)和結構。這使我們能夠精確控制血小板的產(chǎn)生，從而開發(fā)出一種能夠有效測試藥物療效的系統(tǒng)。”
–Alessandra Balduini 教授
帕維亞大學
