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巴西研究人员利用人体血细胞构造出了肝类器官（“微型肝脏”），这些肝类器官具有肝脏的所有典型功能，比如生成重要蛋白、储存维生素、分泌胆汁等。通过该创新技术，仅需 90 天即可在实验室中完成肝组织的生成，而且有望在将来成为器官移植的替代选择。该项研究在 Human Genome and Stem Cell Research Center (HUG- CELL) 进行。
这项研究结合了各种生物工程技术，包括细胞重编程、多能干细胞培养、3D 生物打印等。正是因为采用了这种策略，该项研究中生物打印机所生成的组织才能在肝功能维持时间方面优于之前研究中的其他研究小组所报告的结果。
“若要生成完整的器官，我们还有很长的路要走，但目前我们正朝着正确的方向迈进，最终肯定会取得喜人的成果。在不久的将来，我们无需再等待器官移植，只需从患者体内取出一些细胞，然后进行重新编程，即可在实验室中生成新的肝脏。这种技术的另一个重要优势是排斥的可能性为零，因为所用的细胞是来自患者的，”Mayana Zatz（HUG-CELL 主任，也是在 Biofabrication 上所发表文章的最后一位作者）介绍说。
该项研究的创新点在于如何将细胞嵌入到生物墨水之中，以供 3D 打印机进行组织打印。“我们开发了一种在打印前进行细胞群集的方法，而不是打印个体细胞。组织就是由这些细胞“团块”或微球构成的，”Ernesto Goulart（USP 生物科学研究所博士后研究员、文章的第一作者）介绍说。
如此一来，研究人员就可以避免大多数人体组织生物打印技术所面临的一个问题，即细胞之间逐渐脱离，并导致组织功能性丧失。
该项研究中，在多能细胞转化为肝组织细胞（肝细胞、血管细胞和间充质细胞）的分化过程之前，微球便已形成。
“在开始分化流程之前，细胞已经集聚成群。之前细胞已经进行了搅拌培养，自发形成了群集，”Goulart 告诉 AgênciaFAPESP 说。
研究人员表示，从患者血液采集到最终生成功能性组织，整个过程大约需要 90 天时间，可分为三个阶段：分化、打印和成熟。
在最初阶段，血细胞会被重新编程，使其退回到干细胞的多能性特征阶段，即诱导性多能干细胞 (iPSC)。日本科学家 Shinya Yamanaka 还因为开发了这项技术而获得了 2012 年诺贝尔医学奖。
在下一个阶段中，首先是诱导细胞分化为肝细胞。然后将微球与水凝胶状生物墨水混合，再打印成结构。之后，对所得的结构进行 18 天的培养，使其成熟。
Goulart 介绍说：“打印过程需要沿三个轴沉积微球，这是保证材料增加体积并为组织提供适当支撑的关键。凝胶状生物墨水经过交联，会使结构更加坚固，以便对其进行操作，甚至是缝合。”
大多数活组织打印方法都是在水凝胶中进行细胞浸泡和分散，以复现微环境并确保组织功能性。但是实验表明，如果逐个细胞进行分散，往往会发生细胞相互脱离、组织功能性丧失的情况。
Goulart 介绍说：“对于细胞而言，这是一个令人痛苦的过程，它们需要时间来适应环境并获得功能性。在这个阶段，它们还不是组织，因为它们是分散的，但是正如我们的研究结果所示，它们此时已经具有了清除血液中毒素、产生和分泌白蛋白（一种只能通过肝脏生成的蛋白）等能力。
在该项研究中，研究人员以三名志愿者的血细胞作为原材料，开发出了微型肝脏，并比较了与功能性（例如细胞接触维持、蛋白生成和释放等）相关的标志物。“我们的微球形成情况比通过单细胞分散形成的微球要好得多。
尽管该项研究仅限于微型肝脏的构建，但在未来，我们仍可使用该技术生成适合移植的完整器官。他表示说：“我们的研究是小规模，但一旦有了投资和关注，我们就可以轻松扩大规模。”