我国科研团队突破生物3D打印技术 类器官培育取得重大进展

问题——重大疾病治疗与新药研发对“更接近人体”的实验模型需求日益迫切。

传统细胞培养多为二维环境,难以真实还原人体组织的三维结构与微环境,导致药效评估与毒性预测存在偏差;临床端则面临器官移植供需缺口、个体化用药试错成本高等现实压力。

如何获得稳定、可重复、可规模化的“类人体组织”,并在保证安全与合规的前提下走向医学应用,成为生命科学与医学交叉领域的关键课题。

原因——生物3D打印的核心难点在于“活细胞”这一材料的复杂性。

与传统3D打印依赖稳定的材料参数不同,细胞对温度、湿度、营养、剪切力等环境变化高度敏感,同一套工艺条件下也可能出现生长状态与结构成形差异,给可重复性带来挑战。

针对这一痛点,良渚实验室团队从“材料—装备—工艺—流程控制”入手,以自主研发的“生物墨水”为关键支撑:一方面通过材料体系把细胞固定在预定位置,维持结构形态;另一方面模拟体内环境,为细胞提供生长所需的支撑与营养扩散条件。

团队负责人孙元介绍,该生物墨水已实现批量化生产,服务全球多家科研机构使用,并带动相关设备在产业端落地应用。

影响——“可用、可控、可量产”的基础能力正在重塑生物医药研发的效率。

当前,团队已能打印并培养球状、棒状等简化类器官结构,虽非完整器官,却可用于模拟部分关键功能,为疾病机理研究、药物候选筛选与毒理评估提供更接近真实组织的实验平台。

相关生物3D打印设备已在部分企业与科研场景中投入使用并实现销售,显示出生物制造从实验室走向产业化的可行路径。

与此同时,自动化平台的引入将“经验型操作”转为“标准化生产”,有望降低人工依赖与波动,为后续多中心、可比对的研究数据奠定基础。

对策——在面向临床转化的过程中,团队采取“复杂问题简化做、关键功能优先做”的策略:将复杂器官拆解为可验证、可量产的核心功能单元,以更简单、成本更可控的结构进入医学应用链条。

基于这一思路,“绘生工厂”作为类器官自动化培养平台应运而生,主要解决细胞培养过程重复性强、耗时耗力且易受人为差异影响的问题。

平台可按细胞生长需求自动补液、调控培养环境并进行流程化管理,从构想到原型落地用时较短,显著提升效率与一致性。

在应用层面,平台正面向两类场景推进:其一是细胞治疗相关组织修复,通过培养成团细胞结构提高移植后的存活与定植概率;其二是面向肿瘤等疾病的药物筛选,以患者来源细胞快速构建“替身模型”,并行测试多种药物方案,为临床用药提供参考,力争减少试错时间成本。

前景——生物3D打印与类器官制造被视为未来生物制造的重要方向,但“打印一颗可移植的活心脏”仍属于长期目标。

业内普遍认为,走向临床不仅要解决血管化、神经支配、免疫相容性、长期功能稳定等工程与生物学难题,还需在伦理审查、质量标准、生产规范、可追溯体系等方面建立完善规则。

良渚实验室团队由跨学科工程与生物背景人员构成,体现了该领域对软件、机械、材料与生命科学的系统集成要求。

下一阶段,围绕标准化生产、数据验证与多场景临床合作的推进,将决定技术从“能做出来”迈向“能安全用起来”的速度与边界。

生物3D打印技术的突破代表了生命科学与工程技术深度融合的新方向。

从实验室的科学发现到产业化应用,再到临床医学的转化,这一过程充分体现了基础研究对产业发展的支撑作用。

虽然打印一颗能够移植的"活心脏"仍需时日,但良渚实验室的阶段性成果已为这一目标的实现奠定了坚实基础。

随着技术的不断完善和应用场景的拓展,生物3D打印有望在精准医学、再生医学等领域发挥越来越重要的作用,为人类健康事业做出新的贡献。