用于3D生物打印骨髓组织模型的创新丝绸生物墨水

2024-07-1670

人体具有一项非凡的能力，通过产生促进血液凝固的血小板来应对损伤。这个复杂的过程由巨核细胞领导，而巨核细胞存在于我们骨骼内的G髓中。然而，血小板的自然生产无法满足数百万血液病、病毒感染或化疗患者所需的输血需求。

如今，血小板的主要来源是健康的捐献者。然而，对血小板单位的需求不断增加，再加上其约五天的短暂保质期，经常导致血小板供应短缺。这种短缺会导致并发症，尤其是在捐赠率较低的时期，如夏季，或在流行病等公共卫生紧急情况下。尽管选择z佳治疗方案具有挑战性，但药理学治疗方案可能是一个有价值的替代方案。

将丝绸与生物打印相结合，重现人类G髓环境

Alessandra Balduini教授，帕维亚大学

帕维亚大学的Alessandra Balduini教授及其团队正通过启动EIC Transition SILKink项目来迎接这一挑战。该项目旨在生产一个突破性平台，结合了天然丝和3D生物打印技术，以重现人类G髓中产生血小板的环境。研究人员认为，他们可以对实验室培养的巨核细胞进行编程，使其模拟在人体内的环境，并为直接在患者的巨核细胞上进行新疗法的离体筛选提供一个敏感的系统。这将有助于选择z佳治疗方案，z终改善临床护理。

该项目由意大利帕维亚大学牵头，与CELLINK生物打印公司合作。合作伙伴Catalyze Group将利用其商业专业知识为SILKink制定z佳的市场准入战略。

制作一种可以模仿G髓柔软度的功能化生物墨水

在过去的15年中，Alessandra一直致力于研究人类G髓中血小板产生的机制，以及与血小板和凝血过程相关的人类疾病的临床方面。她的团队开发了一个早期的丝G髓3D模型，作为该项目的基础和起点。尽管现有的模型在功能上是有效的，但它缺乏适当的刚度。该团队的目标是将该模型标准化，以便用于药物测试应用和个性化药物研究。

亚历山德拉的团队转向生物打印来解决这些挑战。在进行任何打印之前，该团队首先需要识别和开发一种适用于制作G髓模型的生物墨水。生物墨水必须足够柔软，以模仿G髓的柔软度。

“我们想要创建一个可以在功能方面进行控制和操作的系统，同时也要保持复制天然G髓组织的柔软性，这一点至关重要。”

– Alessandra Balduini 教授

帕维亚大学

并非所有的生物材料都适用于血小板，因为有些生物材料会阻碍巨核细胞产生血小板，或导致新形成的血小板过早耗尽。此外，3D结构需要由细胞外成分组成，以支持巨核细胞的分化，而不会对血小板产生不利影响。

利用先前资源的潜力

帕维亚的团队利用了他们在丝绸方面的经验，并结合了CELLINK在生物打印领域的专业知识，开发出一种基于丝绸的新型生物墨水配方。所使用的丝绸是由家蚕茧生产的天然生物材料。这种蛋白质因其自组装能力、强大的机械性能、生物相容性和生物降解性而特别适合用于血小板的生物打印。

该团队成功地使用 BIO X 将患者的造血干细胞和祖细胞3D生物打印成液体丝基生物墨水，然后固化，维持结构，并支持血小板产生的生理过程。与其他研究相比，该模型显示出优越的血小板产量，这归因于其对G髓特征的准确模仿。

“先进的生物打印技术和丝素蛋白生物材料的融合使我们能够创建一种尖端的G髓模型，允许体外巨核细胞生成和血小板生产。这标志着在治疗血小板减少等导致血小板计数低的疾病方面取得了个性化药物方面的突破。”

– Pierre Alexandre Laurent博士，CELLINK

在CELLINK总部，哥德堡的团队合影

通过开发一种新的生物墨水并将生物打印纳入他们的项目，该团队能够标准化和简化功能性3DG髓模型的生产。这意味着该模型可以作为制药行业的一种新的筛选技术，用于预测化合物对血小板数量或功能的治疗效果。评估有效药物是一个代价高昂的过程，因为动物模型通常被证明是人类结果的不可靠预测因素。生物打印模型提供了一个精细的离体筛选系统，用于评估新治疗药物的疗效。