生物3D打印“鼻祖”将投身药物研发

3D打印技术在医疗领域的应用和发展堪称一场革命性的飞跃。它不仅超越了传统医疗手段的局限性，还为患者带来了全新的治疗选择和希望。

20年前，3D打印器官的概念还像是科幻小说中的情节。然而，今天从骨骼、皮肤、血管到更复杂的器官如心脏的3D打印已经成为现实。

在谈及3D打印在医疗领域的发展时，不得不提到位于美国加州的生物制造公司Organovo。2009年，Organovo推出了全球首款能够帮助用户制造生物组织用于研究和开发的3D生物打印机，开启了生物制造的新篇章。在接下来的十年中，这家员工不足百人的公司不断刷新人们对生物3D打印的认知。

要3D打印一个器官，需要经历五个步骤：建模、选择生物墨水、打印、后处理和培养。建模是整个过程的基础，必须精确地反映目标生物结构或器官的形态和功能需求。生物墨水通常由细胞、生物材料和生长因子等组成，打印时需注意其浓度和粘度等，以确保打印的稳定性和精度。打印和后处理主要是细化打印器官的稳定性和安全性。

培养是3D生物打印中特有的环节。打印好的生物组织需要放入培养箱中，提供营养物质、生长因子和氧气等，使其模拟运作。待形态学、功能性和生物相容性测试完成后方可投入使用。

整个流程显示，除了材料选择和培养流程外，生物3D打印与普通3D打印并无太大区别。实际上，生物3D打印的起源也来自一台普通的喷墨打印机。

克莱姆森大学的Thomas Boland教授是第一个将生命和打印联系在一起的人。2000年，Boland教授在使用喷墨打印机时产生了一个想法：如果将墨水换成细胞，是否也能打印出器官组织？受此启发，他和团队改造了一台惠普喷墨打印机，并使用细菌作为“墨水”完成了首次打印。

尽管打印出的产物仍是“无生命体”，但这一实验验证了3D打印器官的可行性。凭借这一试验，Boland教授提出了“细胞及器官打印技术”的概念，为3D打印进入生命健康领域奠定了基础。他的团队随后尝试了多种细胞作为生物墨水进行3D打印，并在2003年成功打印出活细胞，发表了世界上首篇关于生物细胞打印的学术论文。这项成果标志着3D生物打印技术从理论走向实践，实现了从打印无生命物质到有生命物质的飞跃。

生物3D打印技术的诞生在生命科学领域引起了广泛关注。曾在安进公司担任生物工艺总监的Keith Murphy也看到了这项技术的商业价值。他凭借自己的商业经验，与Boland教授团队合作，成立了全球首家生物3D打印公司Organovo。

在Boland教授的技术与Keith Murphy的商业经验推动下，Organovo迅速发展，在3D生物打印领域创造了多个第一。2009年，Organovo制造出了世界上第一台生物3D打印机的原型机，并在2010年被《时代周刊》评为当年50项最佳发明之一。这一突破提高了生物3D打印技术的公众认知度，也引起了许多科学家和投资者的关注。

在这台3D打印机的基础上，团队进行了升级改造，最终打造出全球首款商业化NOVOGEN MMX生物打印机。据悉，这台打印机能够将液体状的人类细胞簇群（生物墨水）排列在一起，最终形成特定形状的组织，构成全新的器官。

目前，NOVOGEN MMX生物打印机已被广泛应用于组织工程、再生医学和药物开发等领域。除了设备领先，Organovo的商业化路径也相当超前。2014年，Organovo推出了第一款商用生物3D打印产品exVive3D人类肝脏组织，主要用于临床前的药物开发测试。这一产品能够精确模拟真实肝脏的某些功能，为药物研发提供了高效且准确的测试平台。exVive3D的成功使得Organovo的总收入在同期上涨了209%。

exVive3D的成功为Organovo吸引了大量客户，其中包括许多全球领先的生命健康公司。这条商业化道路的走通，使得Organovo开启了不断迭代生物3D产品并与科研机构和企业定制合作的发展之路。

2015年，Organovo与欧莱雅合作3D打印人体皮肤组织，用于产品毒素和效用测试阶段。之后，Organovo与德国生物制造公司默克集团合作，为其定制打印了多款肝脏和肾脏组织模型，用于药物毒性测试。此外，奈特癌症研究所、加州大学旧金山分校、迈克尔·J·福克斯基金会、罗氏、扬森制药等也成为了Organovo的合作伙伴。

截至2023年，Organovo已经实现了多种生物组织的打印，几乎覆盖了从内脏到皮肤、从组织到器官的全方位。

通过与众多顶尖企业和科研机构的合作，Organovo的生物3D打印技术不断迭代创新。NOVOGEN MMX生物打印机采用了注射器为基础的挤压式3D生物打印技术，与传统3D打印技术相比，这种技术能够更精确地沉积细胞和生物材料，从而构建出具有复杂结构和功能的三维生物组织模型。

据悉，NOVOGEN MMX生物打印机能够实现微米级别的打印精度，确保打印出的生物组织具有高度的准确性和一致性。此外，这台打印机还支持打印包括细胞、水凝胶、聚合物等多种类型的生物墨水，使得打印生物组织更加接近真实的人体组织，得到更准确的结果。

技术的提升也拓展了Organovo的产品管线。Organovo决定通过生物3D打印技术还原疾病的发生及治疗全过程，从疾病发展的根本规律去寻找治疗方案。目前，Organovo已经确定了两个主要的药物靶点，涉及消化道疾病和肝脏疾病。进展最快的是治疗分子FXR314，这一分子正在进行溃疡性结肠炎2期试验，展现出了高效、安全、耐受性良好的前景。

此外，FXR314在治疗代谢疾病和肿瘤学方面也展现出了潜力。Organovo还在推进FXR314用于治疗其他炎症性肠病的研究，包括克罗恩病和肝脏疾病。

国产生物3D打印技术目前仍处于起步阶段，但一些企业已经崭露头角。近年来，中国出台了多项政策，鼓励和支持生物3D打印技术的研发和应用，催生了多家本土企业。

尽管国内市场仍以外资企业为主，但一些本土企业如杭州捷诺飞、四川蓝光英诺、北京上普生物、广州迈普医学等已经展现出了不俗的潜力。这些企业的研究方向主要分为发展技术平台和发展生物产品。

诺普再生在生物3D打印领域表现突出，其两项领先的生物3D打印骨修复支架产品和皮肤修复产品已经完成了临床前研究，即将进入临床阶段。捷诺飞则专注于技术平台开发，发布了中国第一代高通量集成化生物3D打印机，取得了多项技术突破。

然而，国内生物3D打印行业还存在一些挑战，包括标准体系不健全、细胞计数与生物材料发展不匹配以及社会伦理问题。这些问题需要时间去克服，但未来生物3D打印技术将为医疗领域带来更多可能。