各种细胞类型都会知道该如何生长

　　etech合作制造出了NovoGen MMX。这是世界上第一台商用生物打印机，而且它与Organovo前一个原型一样有多个打印头。其中第一个打印头装载了生物墨水球状体，而第二个则负责输出由混合水的胶质、胶原质或其他水凝胶构成的生物纸支撑结构。第一台NovoGen MMX已经于2009年1月交付给Organovo的实验室使用。在本书编写时，另外9台生物打印机已生产完成，每台标价高达几十万美元。

　　NovoGen MMX 生物打印过程首先需要从病人活组织或干细胞获得细胞样本。然后，在实验室中使用标准生物方法培育这些细胞，随后在生长培养介质中进一步进行培育，形成所需要的细胞数量。最后把所有将要打印的不同细胞类型混合成为一个集合体。例如，如果准备生物打印一个血管，那么需要创造一个包含主内皮细胞（构成血管管道）、平滑肌细胞（支撑血管扩张和收缩）和纤维母细胞（构成坚韧结缔组织）的集合体。然后，将这个细胞集合体放到一个细胞包装设备上，将它们压紧和包裹为一种生物墨水肠结构。之后，“聚合体切割器”会把这个肠结构切成微块，这是构成生物墨水球状体的天然微小组件，每一个都包含10 000~30 000个细胞。

　　当有足够的生物墨水球状体装载到NovoGen MMX时，生物打印过程就可以真正启动。如图7-2所示，NovoGen先用第一个打印头铺开第一层生物纸。然后，第二个打印头会在这个生物纸托架上注入生物墨水球状体。继而更多的生物纸和生物墨水球状体将交替出现，最终构成三维组织结构。

　　3D打印完成之后会出现令人惊奇的自然过程，生物墨水球状体将慢慢熔合成为坚实的组织，如图7-2最后一部分所示。各个细胞不仅会熔合，还会重新排列，最终形成正确的解剖定位。也就是说，生物墨水聚合体的内皮细胞会移到生物打印血管的内壁，而平滑肌细胞则会移到中间，而纤维母细胞则会移到外面。在一些更复杂的生物打印材料中，复杂的毛细血管及其内部结构也会很自然地形成。在这个“成熟期”——打印完成之后的一小段时间——内，最初支撑非熔解细胞的生物纸将会被溶解或移除。

　　细胞块熔合及打印后重新排列的方式听起来像个魔术。毕竟，以前使用热塑成型或光固化快速成型工艺3D打印的物体，我们一般不会期望它们会继续进化或改进。但是，这种现象却真实发生在NovoGen MMX 的打印成品上。对于大多数人而言，这有点难以置信，正如 Gabor Forgacs 解释的，这实际上与胚胎期细胞自己知道如何生长成为复杂器官的原理是一样的。几十亿年来，大自然一直都在进化，只要到了大致准确的位置，各种细胞类型都会知道该如何生长。

　　图7-2 使用组织球状体的生物打印

　　7.3 向可定制组织发展

　　2010年12 月，Organovo使用一台NovoGen MMX 制造出了第一根生物打印的人体血管。在2013年4月，这家公司还公开声明已成功打印出人类活体组织，还成功在脊椎上植入了神经，并且确定了制造人体移植组织的长期计划。起初，这种按需打印主要集中在心肌修复、神经移植或动脉片段上，因为这些组织相对较小，也更容易打印，而且临床应用的可能性也更大一些。

　　一旦生物打印修复和移植进入临床应用，软组织器官（如肾脏或肝脏）的最终移植也有了实现基础。这意味着，Organovo技术的所有潜在人体移植应用都可能会实现，其中最简单的软组织至少需要 5 年时间，而第一例“简单的”生物打印软组织（如肾脏）移植也要在 21 世纪 20年代末有望实现。

　　因此，在短期和中期计划里，Organovo希望帮助制药公司加快新型药物的研发过程。在世界范围内，下一代药物的试验失败率越来越高，在实验室表现良好的创新性药类化合物经常在动物或临床试验时达不到预期效果。为了帮助解决这个问题，Organovo技术的第一次商业应用是将生物打印的人体组织参与制药研发过程。这样药物研发人员在研发早期就可以使用它们更多地测试自己的发明。此外，这些测试还可以比传统实验室试验或动物试验更好地模拟临床试验结果，并因此节省大量时间和金钱。

　　作为一个正在进行的产品研发例子，Organovo在2013年1月与美国俄勒冈健康科学大学（OHSU）的骑士癌症研究所建立了合作关系。OHSU的Joe W. Gray 解释说：“肿瘤学研究现在遇到的一个最大挑战是动物模型无法精确反映人体生理，而实验室培育的癌细胞不能提供细胞的三维原生结构变化。”通过开发生物打印的癌症和其他疾病组织模型， Organovo和OHSU希望借此在制药研发过程中更好地发现新药物的毒性和功效。反过来，这也有助于以更快的速度和更低的成本发现更安全、更高效的治疗方法。

　　在 2012 年 12 月的另一个完全不同的研发中， Organovo 宣布与Autodesk合作制作了第一款用于生物打印的3D设计软件。它将NovoGen MMX 开放给更多用户使用，借此改进生物打印的可用性和功能性。正如Organovo 主席Keith Murphy介绍的，这家公司与Autodesk 新建立的合作关系的长期目标是“致力让客户有能力自行设计 3D 组织，然后交由Organovo 负责生产”。就像现在雕刻家可以上传一个新珠宝到 Shapeways或i.materialise，由他们3D打印出塑料或金属物体一样，将来医生也可以将动脉移植或整个器官的电子模型发送给 Organovo 进行生物打印