快速生产大批定制生物组织的3D打印机可以帮助更快地制作药物开发，更昂贵。
San Diego大学的纳内工人开发了高通量的生物印刷工艺技术，其中3D印刷具有记录速度 - 它可以在30分钟内产生96孔的活性人体组织样品。研究人员表示，具有快速产生这种样品的能力可以加速高通量临床前药物筛查和疾病建模。
制药公司开发一种新药的过程可能需要长达15年的时间，成本高达26亿美元。它通常从在试管中筛选数以万计的候选药物开始。成功的候选者将在动物身上进行测试，任何通过这一阶段的候选者将进入临床试验。如果幸运的话，这些候选药物中有一种将作为FDA批准的药物进入市场。
在UC San Diego开发的高吞吐量3D生物化技术可以加速这一过程的第一步。它将使药物开发人员能够迅速增加大量的人类组织，他们可以更早地测试和杂草毒品候选人。
“与人类组织，您可以获得更好的数据 - 真实的人类数据 - 关于药物如何工作，”在UC San Diego Jacobs工程学院的纳米工程教授陈文陈说。“我们的技术可以通过高通量能力，高再现性和高精度创造这些组织。这可能真的可以帮助制药行业快速识别和关注最有前途的药物。”
这项工作发表在杂志生物制造。
研究人员注意到，虽然他们的技术可能无法消除动物测试，但它可以最大限度地减少在该阶段期间遇到的失败。
“我们在这里发展的是复杂的3D细胞培养系统，将更紧密地模仿实际的人体组织，并且可以提高药物发展的成功率，”在研究的实验室和联合第一作者的博士后研究员尚未说。
该技术不仅在分辨率方面竞争于其他3D生物监测方法 - 它印在具有复杂的微观特征的栩栩如生的结构，例如含有血管网络的人肝癌组织 - 但也是速度。用陈的技术印刷其中一个组织样品需要大约10秒;打印相同的样本将需要数小时的传统方法。此外，它还具有直接在工业井板中自动打印样品的增加的益处。这意味着在从打印平台到井板的时间不再需要将样品手动转移到井板以进行筛选。
“当您将其扩展到一个96孔板时，您正在谈论时间差异的世界 - 至少使用传统方法加上样品转移时间的时间至少96小时，而我们的技术总共约30分钟，“陈先生说。
重现性是这项工作的另一个关键特点。陈的技术生产的组织是高度组织化的结构，所以它们可以很容易地复制用于工业规模的筛选。陈解释说，这是一种不同于为药物筛选而种植类器官的方法。“有了类器官，你就可以混合不同类型的细胞，让它们自我组织，形成一个3D结构，这种结构不能很好地控制，而且在不同的实验中会有所不同。因此，对于相同的性质、结构和功能，它们是不可复制的。但有了我们的3D生物打印方法，我们可以精确地确定在哪里打印不同的细胞类型、数量和微结构。”
这个怎么运作
为了打印他们的组织样本，研究人员首先在电脑上设计生物结构的3D模型。这些设计甚至可以来自医学扫描，因此它们可以针对患者的组织进行个性化。然后，计算机将模型切片成2D快照，并将它们传输到数百万个显微镜大小的镜子上。每个镜子都经过数字控制，以这些快照的形式投射紫外光图案——波长为405纳米，这对细胞来说是安全的。这些光模式被照射到含有活细胞培养物和光敏感聚合物的溶液上，这些聚合物在光照下会固化。该结构以连续的方式快速打印一层一层，创造出一个3D固体聚合物支架，封装活细胞，这些活细胞将生长并成为生物组织。
数字控制的微镜阵列是打印机高速的键。因为它将整个2D图案投射到基板上，因为它通过层打印层，所以它产生的3D结构比其他打印方法快得多，它使用喷嘴或激光扫描每个层线。
“比较比较使用铅笔与邮票绘制形状之间的差异。”说亨利·汉文，纳米工程博士。陈的实验室的学生也是这项研究的联合第一作者。“用铅笔，你必须绘制每一条线，直到你完成形状。但是用邮票，你立刻标记整个形状。这就是数字微镜设备在我们的技术中所做的。这是速度差异差异的秩序。“
最近的这项工作建立在Chen的团队在2013年发明的3D生物打印技术的基础上。它最初是一个为再生医学创造生物组织的平台。过去的项目包括3D打印肝脏组织、血管网络、心脏组织和脊髓植入物等等。近年来，陈的实验室已经扩大了他们的技术的应用范围，打印出受珊瑚启发的结构，海洋科学家可以用这些结构来研究藻类生长，并帮助珊瑚礁修复项目。
现在，研究人员已经自动化了这项技术，以便进行高通量的组织打印。加州大学圣地亚哥分校的Allegro 3D公司已经获得了这项技术的许可，并在最近推出了一款商业产品。该公司由陈勇和他实验室的纳米工程博士校友朱伟共同创立。
