医疗和牙科

结束动物试验,斯图加特研究3D打印软组织替代品

研究人员斯图加特大学罗伯特•博世医院正在开发一种新型的3D印刷组织平台,可以在临床试验中取代动物测试。

作为德国政府Baden-Württemberg批准的380万欧元项目的一部分,科学家们正试图制造一个体外组织模型来测试抗癌药物的疗效。通过使用3D生物打印机和模拟数据,联合团队相信现在有可能创造出类似皮肤的微流体结构,如果有的话,可以产生比以前更真实的肿瘤进展预测。

斯图加特大学的Roland Kontermann教授说:“如果我们能够在体外培养系统中筛选出最好的候选药物,我们就可以显著减少在最后的临床前试验中使用的实验动物数量。”“为了完全取代动物实验,de-novo和硅内模型将在未来提供巨大的潜力。”

斯图加特的科学家们正在尝试3D生物打印细胞结构用于癌症药物试验。图片来自斯图加特大学。

结束动物实验

尽管研究癌症等致命疾病的重要性是毋庸置疑的,但每年在动物身上进行的大量试验却远没有那么重要。仅在德国,每年大约有300万只动物(从鸟到牛)被用于实验,但这些实验中只有13%与治疗疾病有关。

事实上,基本研究需要47%的德国动物测试,而另外18%用于教育,培训或繁殖目的。鉴于违约和可靠性争论违反实践,已经进行了相当数量的研究,已经进行了合成替代品,但到目前为止没有成果。

器官芯片设备在这一领域表现出了特别的前景哈佛大学科学家们3D打印“芯片上的心脏”和一个马德里大学Autónoma团队创建一个血管复制装置。然而,尽管有这些进展,但仍然需要开发更积极的有机平台,更好地重现活面包的反应。

Poeitis 3D生物打印皮肤样本。
诗状体炎等生物技术公司现在已经开发了一段时间的3D印刷组织(如图)。照片通过poeitis

巴登-符腾堡州的项目

从本质上讲,这个耗资380万欧元的德国西南部项目已经建立了一个州范围内的大学网络,每个大学都在研究改善动物福利的不同方法。在“3R-US”项目中,斯图加特的科学家们正试图开发一种体外癌症测试模型,但到目前为止,初步进展并不顺利。

虽然证明可以对培养皿中的癌细胞进行试验,但活性成分可以有效地直接送入它们,这不是对身体分布过程的准确反映。即使小鼠用作体外替代物,它们的免疫系统也不同,需要产生新的解决方案。

为了克服这些问题,3R-US团队采用了三管齐下的方法来开发现场3D模型:体外、de-novo和in- silicon。利用3D生物打印机,科学家们现在打算制造更大的定制化和营养负载细胞结构,能够产生更确凿的测试结果。

斯图加特大学的迈克尔·海曼表示,这些打印出来的组织具有微小的“乐高积木”的特征,可以组装成真实的体内肿瘤。最终,通过对这些基于细胞的结构进行实验,该团队的目标是生成足够的数据来构建一个内硅模型,从而更准确地模拟药物的分布。

然而现在,科学家们只是一个为期5年的项目的开始,他们打算未来形成一个紧密的知识共享伙伴关系,这将在生物技术和医学技术专业知识之间创造协同效应。

3D BioPlinting软组织模型

尽管在现实中重现有机软组织的行为仍然具有挑战性,但在过去的一年中已经有了一些进展报道。

研究人员清华大学已经成功地3D BioPrint脑子样组织这能响应外部刺激。虽然细胞最终被证明能够形成神经网络,但它们基本上从实验室大的大脑中取出,稍微努力反对斯图加特团队正在努力实现的目标。

最近的几个研发项目也产生了新型生物打印材料,这些材料可能对这项技术的发展至关重要。科学家们德州农工大学例如,美国已经发展出了一种'尼斯'3D印刷生物墨水,它表现出比现有制剂更高的稳定性。

同样的,工程师罗格斯大学已经创建了一个由活细胞制成的新型生物墨水该技术可用于3D打印人体组织生长所需的支架。未来,罗格斯大学团队的目标是将其生物材料与其他材料结合起来,以开发具有特定应用特性的皮肤状结构。

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特色图像显示斯图加特团队的3D打印细胞样本之一。图片来自斯图加特大学。