生物3D打印「鼻祖」决定下场造药

3D打印技术在医疗领域的发展是一场革命性的进步，它不仅突破了传统医疗技术的局限，还为患者带来了前所未有的治疗选择和希望。

20年前，3D打印器官的概念尚属科幻设想，遥不可及；而今，从骨骼、皮肤到血管，乃至心脏等复杂器官的3D打印已逐一成为现实。

要谈到3D打印在医疗领域的发展，绕不开一家坐落于美国加州的生物制造公司Organovo。2009年，Organovo推出了全球*可以帮助用户制造生物组织用于研究和开发的3D生物打印机，拉开了生物制造的大门。往后10年间，这家全职员工不足百人的企业，一次次刷新着人们对生物3D打印的认知。

“生物3D打印之父”领衔，创办全球首家生物3D打印公司

要3D打印一款器官，需要经过五个步骤：建模-选择生物墨水-打印-后处理-培养。

建模是整个流程的基础，需要精确反映目标生物结构或器官的形态和功能需求，才能打印出适配的产品。生物墨水通常是由细胞、生物材料和生长因子等组成，在打印时还要注意其浓度、粘度等，以确保打印过程中的稳定性和精度。打印和后处理主要是细化打印器官的稳定性、安全性等。

培养是3D生物打印的特有环节。需要将打印物放入培养箱中，为其提供提供营养物质、生长因子和氧气等，使其模拟运作。等到后续完成形态学、功能性和生物相容性等测试后，才能投入使用。

整个流程来看，除了材料选择及培养流程以外，生物3D打印似乎与普通3D打印无异。事实上，生物3D打印的起源就是一台普通的喷墨打印机。

首次将生命和打印联系在一起的是克莱姆森大学的Thomas Boland教授。

2000年，Boland教授在使用喷墨打印机时，突然想到：“如果我将墨水换成细胞，是否也能打印出器官组织？”受其启发，他和团队改造了一台普通的惠普喷墨打印机，并使用细菌作为“墨水”完成了首次打印。

虽然打印出产物依旧是“无生命体”，但却验证了3D打印器官的可行性。凭借这一试验，Boland教授提出了“细胞及器官打印技术”的概念，奠定了3D打印进入生命健康领域的基础。

此后，Boland教授团队尝试了多种细胞作为生物墨水进行3D打印，最终在2003年成功打印出活细胞，并发表了世界上首篇关于生物细胞打印的学术论文。这一成果标志着3D生物打印技术从理论走向实践，实现了从打印无生命物质到有生命物质的飞跃。这项技术也拿下了全球*细胞及器官打印专利，自此Boland教授也被冠上“生物3D打印之父”的称号。

生物3D打印技术的出现在生命科学领域引发了不小的轰动，曾在安进公司担任生物工艺总监的Keith Murphy，敏锐的察觉到了这项“未来技术”的商业价值。凭借自己的商业经验，他获得了Boland教授团队的授权，共同成立了全球首家生物3D打印公司Organovo。

走通商业化路径，实现皮肤、组织、器官全覆盖

在Boland教授的技术与Keith Murphy商业经验的加持下，Organovo进展迅速，在3D生物打印赛道创下了多个“*”。

2009年，Organovo制造出了世界上*台生物3D打印机的原型机，并且在2010年被《时代周刊》评为当年50项*发明之一。这一突破提高了生物3D打印技术的公众认知度，同时也点燃了许多科学家和投资者对这一领域的兴趣和关注。

在这台3D打印机的基础上，团队进行了升级改造，最终打造出全球首台商业化NOVOGEN MMX生物打印机。据悉，NovoGen MMX生物打印机能将液体状的人类细胞簇群（生物墨水bio-ink）排列在一起时，彼此会重新熔合，形成特定形状的组织，构成全新的器官。

目前，NOVOGEN MMX生物打印机已上市十余年，被广泛应用于组织工程、再生医学和药物开发等领域。

除了设备*以外，Organovo的商业化路径也意识超前。在2014年，Organovo凭借NOVOGEN MMX生物打印机，正式推出了*款商用生物3D打印的产品“exVive3D人类肝脏组织”。

exVive3D主要用于临床前的药物开发测试，能够精确且可重复模拟真实肝脏的某些功能，为药物研发提供了一种新的、更加高效和准确的测试平台。据Organovo，exVive3D上市仅一年，预定合同金额便达到了200万美元，使得Organovo的总收入同期上涨209%。这也成为了Organovo从实验室走向市场的重要转折。

exVive3D的成功为Organovo吸引到大量客户，其中不乏有全球*的生命健康公司上门寻求合作。这条商业化道路的走通，也让Organovo开启了不断迭代生物3D产品并与科研机构、企业定制的发展之路。

2015年，Organovo与欧莱雅合作3D打印人体皮肤组织，为欧莱雅在测试产品毒素和效用阶段提供了人类皮肤的替代品；而后Organovo与德国生物制造公司默克集团展开合作，为默克定制打印了多款肝脏和肾脏组织模型，用于进行药物毒性测试，以评估新药的安全性和有效性；此外还有奈特癌症研究所、加州大学旧金山分校、迈克尔·J·福克斯基金会、罗氏、扬森制药等均成为了Organovo合作伙伴。

截至2023年，Organovo已经实现了微型肝脏、肝组织、迷你肾脏、肾组织、可移植肾脏、骨组织、肌肉组织、皮肤组织等生物组织的打印，几乎实现了从内脏到皮肤、从组织到器官的全覆盖。

从实验模型到管线开发，Organovo最快管线已推至Ⅱ期临床

通过与众多*企业与科研机构的深度合作，Organovo的生物3D打印技术持续迭代创新，这主要体现在NOVOGEN MMX生物打印机上。

首先，NOVOGEN MMX生物打印机采用了注射器为基础的挤压式3D生物打印技术，和传统3D打印技术相比，将细胞和生物材料逐层精确地沉积到构建平台上，从而构建出具有复杂结构和功能的三维生物组织模型。进而高精度的完成生物打印。这种技术为生物组织的个性化制造提供了可能。

据悉，NOVOGEN MMX生物打印机目前已经能够实现微米级别的打印精度，确保打印出的生物组织具有高度的准确性和一致性。

其次，目前NOVOGEN MMX生物打印机可支持包括细胞、水凝胶、聚合物等多种类型的“生物墨水”。这使得打印生物组织作为毒性检测等测试平台时，通过能够在结构和功能上更加接近真实的人体组织，得到更准确的结果；而在作为移植器官时，新型材料能够提高打印生物组织的生物相容性，并搭载修复、载药等功能，加速患者愈合。

而技术的提升，也拓展了Organovo的产品管线。在与多家知名药企以及科研机构合作后，Organovo决定自己下场做药——通过生物3D打印技术还原疾病的发生以及治疗的全过程，从疾病发展的根本规律去寻找治疗的方案。

目前，Organovo已经确定了两个主要的药物靶点，涉及消化道疾病和肝脏疾病。其中进展最快的是治疗分子FXR314，目前正在进行溃疡性结肠炎2期试验。据Organovo官网介绍，这是一种可能的同类*FXR激动剂，可口服给药，具有高效力、安全性、耐受性，并有可能避免其他FXR靶向化合物中发现的剂量限制性毒性问题。

另外，在临床试验中，FXR314在治疗代谢疾病和肿瘤学方面也展现出了潜力。据透露，Organovo还在推进FXR314用于治疗其他炎症性肠病的研究，包括克罗恩病和肝脏疾病（包括NASH和原发性胆汁性胆管炎）等。

另一种药物靶点Organovo还暂未公开，但已在克罗恩病 3D 组织模型中得到了验证。

从Organovo目前的药物管线情况来看，生物3D打印技术能够为寻找全新药物靶点与开发带来新机会，其精准、定制的特色也将推动个性化医疗的发展。

国产生物3D打印尚处于起步阶段，部分企业崭露头角

2020年，曾离开Organovo的Murphy再次回到CEO的位置。他向世界宣布：“我们多年来一直没有将这些简单的生物打印组织用于临床试验，但今天我们在做前临床阶段研究。未来Organovo还将利用生物3D打印技术，朝着心脏肌肉补丁、神经移植、血管搭桥方向展开研究。”

从造仪器，到商业化生物3D打印产品，再到寻找药物靶点，如今又将进军器官移植方向，Organovo的每一步不仅是挑战过去的自己，更是引领医疗创新的发展。

生物3D打印已成为未来医疗发展的重要工具。虽然在这一领域我国起步较晚，但近年来从政策端到市场端都对其展现出充分的重视。

自2014年起，我国便出台了多项政策鼓励和支持企业加强生物3D打印技术的研发和应用，这也引发了国内生物3D打印的热潮，催生了多家国产生物3D打印技术企业的诞生。

目前，国内生物3D打印市场依旧是以外资为主，Organovo、Drganovo Holdings Inc、EnvisionTEc GmbH等依旧占据了大半个中国市场。而杭州捷诺飞、四川蓝光英诺、北京上普生物、广州迈普医学等本土企业，也已经展现出了不俗的潜力。

目前，国内生物3D打印企业的研究方向主要分为2类：发展技术平台和发展生物产品。

诺普再生是国内生物 3D 打印领域的领军企业。目前，其两项*的生物 3D 打印骨修复支架产品和生物 3D 打印皮肤修复突破性产品，已经完成了临床前研究，即将进入临床阶段，有望为骨修复和皮肤修复的临床难题提供新的解决方案。

捷诺飞则是注重技术平台开发的代表。在2017年，捷诺飞发布*代高通量集成化生物 3D 打印机“Bio-architect®X”，完成了 50 余项技术创新和突破。一年后，又发布了*代高通量集成化生物3D 打印机 Bio-architect。据公开资料显示，Bio-architect最高可实现每秒0-190mm 的成型速度，目前已投入椎体矫形术、左心耳封堵术和眼眶骨折修复术三类应用。

然而，在高速发展之余，国内生物3D打印赛道还存在着一定的缺陷。现阶段，中国生物3D打印行业处于初步标准化阶段，标准体系尚不健全，同时还细胞计数与生物材料发展的不匹配以及社会伦理挑战都将延缓国内生物3D打印技术的发展。道阻且长，还需要给国内生物3D打印技术更多时间，才能静待花开。

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