Frontier Bio 的生物打印突破：实验室培养的肺组织 – 3D打印行业资讯网

总部位于加州的生物技术公司 Frontier Bio 成功打印了人体肺组织，在组织工程领域树立了新的里程碑。这一进展可能会改变我们治疗呼吸系统疾病的方式和器官移植的方法。这一突破可能会改变治疗肺部疾病的药物开发，例如慢性阻塞性肺病 (COPD)、肺纤维化甚至 COVID-19。慢性阻塞性肺病是一种因气流阻塞而导致呼吸困难的进行性疾病。通过使用人体肺部模型，制药公司可以缩短开发时间、降低成本并最终挽救生命。

通过利用干细胞和生物打印技术的力量，Frontier Bio 正在构建一个未来，实验室培养的组织可以消除对器官捐赠者的需求，并且类人测试模型取代过时的动物测试。美国有超过 3400 万人患有慢性肺病，这项技术的潜在影响是巨大的。

这一成就的核心是一个密切模仿人类肺部自然发育的肺组织模型。这一突破将生物材料的专有混合物与肺部细胞（包括干细胞）相结合，并打印成特定的 3D 结构。

这项创新的独特之处在于该组织能够自组装成“远端肺的复杂微组织结构”，其中包括细支气管和肺泡气囊——氧气和二氧化碳交换的小关键区域。此外，该组织还形成功能性的“跳动”纤毛，这是一种微小的毛发状结构，可以清除粘液和碎片，保持呼吸道畅通。

生物打印的肺组织甚至会产生粘液和表面活性剂，粘液可以捕获异物，而表面活性剂对于保持肺泡囊开放并防止其在呼吸过程中塌陷至关重要。这些功能特征，例如纤毛和粘液的产生，使 Frontier Bio 的肺部模型非常接近真实的肺部，以至于该组织甚至可以像人类的肺部一样“呼吸”。

在接受 Frontier Bio 血管组织工程负责人 Samand Pashne-Tala 采访时，3D打印行业资讯网 深入探讨了这项创新的潜在影响。 Paschne-Tala 解释说：“与传统的动物测试相比，我们的生物打印肺组织为测试呼吸系统疾病的药物和疗法提供了一个更具生理相关性的平台，而传统的动物测试通常无法准确地模拟人类生理学。”他指出，这将解决在动物身上测试治疗方法但未有效应用于人体试验时出现的高失败率问题。

而且，这项创新不仅限于药物测试。帕什内-塔拉指出，有一天，肺组织模型可能会成为器官移植的替代方案：“生物打印的肺组织最终可以用于创建新的组织，用于植入患病肺部的人体内，恢复健康功能。目前，替代肺组织只能通过移植来提供，但供体和可用组织严重短缺，无法满足需求。”

Frontier Bio 的顾问、创新遗传学家乔治·丘奇 (George Church) 看到了更大的机会，他表示 Frontier Bio 不仅仅是开发实验室培养的人体组织，它正在为不再需要器官捐献者和动物测试的未来铺平道路。已经成为过去式了。”

Frontier Bio 的肺组织生物打印过程的独特之处在于它依赖于分化成不同类型肺细胞的干细胞。干细胞通常存在于肺部，可产生生物打印的肺组织。然后使用生物打印技术对这些干细胞进行空间定位，并进行模仿自然生长的自组装过程。

“我们在特定时间使用化学信号迫使干细胞分化成形成肺组织所需的细胞类型，”Paschne-Tala 分享道，并解释了他们的方法如何反映体内肺组织的自然发育。 “我们的方法使用 3D 打印来空间定位细胞，然后依靠自然自组装过程来创建更小尺寸的特征。细胞组织成复杂的微组织结构，例如肺部的肺泡气囊。这类似于胚胎发育和体内自然生长过程中细胞的组织方式。”

Paschne-Tal 表示，最大的挑战之一是让肺部中发现的不同细胞类型进行自组装：“我们的模型包括几种与干细胞不同的细胞类型。开发实现这一目标的方法并将细胞组织成必要的结构需要付出巨大的努力。”

据专家介绍，肺组织的生物打印模型包括细支气管和肺泡气囊。这些是肺部的功能单位以及与血液进行气体交换的结构。正如在自然组织中所见，血管细胞围绕着肺泡气囊。这一突破为呼吸系统疾病提供了更准确的测试模型，并且能够消除动物测试的需要。

“我们的生物打印肺组织可以用来生产用于植入的新组织或器官。这将取代移植的需要。生物打印肺组织需要更大规模地生产，但功能单元——发生气体交换的肺泡气囊——已经被创建出来，”Paschne-Tala 告诉 3D打印行业资讯网。

Frontier Bio 的方法在这一领域脱颖而出，该公司表示，一些生物打印方法很难捕获人体组织的最精细细节。他们利用自然自组装过程的能力克服了这些限制，产生了他们所谓的功能组织，其行为类似于真正的肺。

展望未来，Frontier Bio 的愿景超越了实验室培养的肺组织。他们的目标是与制药公司合作，加速药物开发，特别是新的呼吸系统药物，并将肺部生物打印技术推进到可用于植入人体组织的程度。

帕什内-塔拉总结道：“我们不断增加模型的复杂性，以便有一天能够创造出适合植入人体以恢复肺功能的组织。”

该公司正在积极寻求合作伙伴，以将这一突破带入药物开发，并希望实验室培养的肺组织能够很快成为医学现实。