类器官芯片是生命科学与工程技术交叉融合的前沿产物,正为精准医疗、新药研发、疾病治疗等提供全新的解决路径。然而,其制造过程面临结构复杂、尺度精密、材料多样等挑战。摩方精密以微纳3D打印技术打破瓶颈,不仅帮助科研机构培育出厘米级类器官模型,还推动器官芯片从实验室走向临床前应用,为未来医疗生态注入高精度制造的新动能。
类器官(Organoid)是利用干细胞在体外构建出具有特定器官功能的三维细胞聚集体。器官芯片(Organ-on-a-chip)则是一种微流控装置,通过精准模拟细胞微环境再现器官功能。类器官芯片(Organoid-on-a-chip)融合了两者的优势,将类器官“种”在微型芯片上,形成更接近真实体内条件的微型生理系统,可在体外长期培养并进行复杂生理研究。
随着传统药物研发成本高、周期长、动物实验伦理争议等问题日益突出,类器官芯片以其高仿真性和预测能力成为全球生物医药领域的重要突破口。根据行业报告,全球器官芯片市场将从2018年的12亿美元增长至2030年的156亿美元,年复合增长率达24%。2022年,美国FDA更批准首款完全基于类器官数据的新药进入临床试验。
尽管潜力巨大,类器官芯片的发展面临诸多技术瓶颈,尤其是在“结构构建”环节。最核心的难点之一在于缺乏血管网络。
没有仿生毛细血管结构,营养和氧气无法充分输送至芯片中央区域,导致类器官生长受限、难以突破一定的直径的极限,无法模拟真实器官的复杂代谢过程,进而限制了其应用深度。
此外,芯片内部微通道的结构复杂度极高。要精确制造出内径小于100微米、孔隙宽度仅几微米的三维毛细血管网,仅靠传统光刻技术和普通3D打印远远无法实现。而通道越小、结构越复杂,对打印设备的精度和材料性能要求越高,这正是类器官芯片制备的关键瓶颈。
作为超高精密3D打印领域的先行者,摩方精密以其创新的面投影微立体光刻( PμSL)技术实现了2μm级光学精度制造,并兼容多种材料(如生物相容性树脂、水凝胶、陶瓷浆料等),能够直接打印中空管状毛细血管网络与仿生通道结构,构建复杂的微环境。
例如,摩方microArch® S230系统成功打印出具有5层仿生血管网的类器官芯片,每层含14根平行血管通道和横向支撑梁,通道内径80μm,管壁开孔尺寸仅7~10μm,实现了生理级的营养扩散与流体灌注。这项技术直接突破了类器官“长不大”的物理限制,使其能够在芯片中持续生长30天以上,体积达到厘米级。
不仅如此,摩方的双精度设备支持从2μm到100mm的跨尺度打印,具备智能参数设置、精度动态切换等功能,极大地提升了打印效率和批量制造能力,为类器官芯片标准化生产铺平道路。
在南昌大学第一附属医院、复旦大学与摩方联合研究中,科研人员首次在芯片中构建出厘米级肺癌类器官。传统模型7天即停滞于200μm,而引入摩方制造的血管化芯片后,类器官持续生长30天以上,形成与真实肿瘤相似的整合结构,展现出更强的药物反应特性。顺铂处理后,5天即可诱导大范围癌细胞凋亡,10天内实现完全清除。相关成果以“Vascularized organoid-on-a-chip for centimeter-scale organoid cultivation”发表于著名期刊《Bio-Design and Manufacturing》上。
通过灌注型芯片模拟子宫血管微环境,研究人员成功培养出保留孕酮受体(PR)、雌激素受体(ER)和细胞角蛋白7(CK7)标志物表达的子宫内膜癌类器官,形态与原始肿瘤高度一致。相较对照组,其对相同卡铂浓度下药物的敏感性显著增强,可用于真实临床方案模拟,表明其不仅突破肿瘤生长尺寸限制,更精准模拟肿瘤微环境,还为药物疗效评估提供了更可靠的模型基础。
该类器官是将摩方制备的毛细血管芯片技术应用于肾脏类器官培养领域的结果。其保留了远端肾小管标志物LRP2与肾脏远端小管标志物E-cadherin等肾组织标志物表达,并在芯片内响应顺铂处理时真实呈现出肾小管扩张与细胞凋亡等病理特征,具备出色的毒理测试能力。
摩方制造的微血管网络增强了病毒颗粒对类器官的深度渗透,基于GFP阳性表达细胞比率和荧光强度均优于传统模型,为腺相关病毒载体(rAAV)基因治疗的临床前研究提供了创新平台,有望加速基因疗法临床转化并提升治疗效益。
利用摩方3D打印技术制造的器官芯片系统已成功用于构建世界最大体积的体外直肠癌类器官,实验中表现出的药物响应与临床人体试验高度一致,验证其仿真度和预测能力。
从乳腺癌外渗机制研究,到内分泌胰腺芯片,再到用于肿瘤侵袭能力评估的Transwell集成类器官芯片,摩方设备被广泛应用于一线高校与医院的科研工作中,相关成果已在多篇SCI期刊中呈现。
在全球范围内,类器官芯片的产业化与标准化路径,正从实验室向新药研发、个性尊龙凯时化治疗、疾病机制研究不断拓展。摩方不仅提供设备与材料,更在加工、自动化制造等方面构建起完整的技术链条。其服务对象涵盖国内顶尖科研与医疗机构,并参与多个国家重点专项,为国产高端医疗装备提供重要技术支撑。
在医学与工程深度融合的时代,摩方精密以微米级技术扎根微观世界,将一枚芯片变为模拟生命的载体。从仿生血管网络到厘米级肿瘤模型,每一项突破都在缩短创新药物走向临床的距离,也在为更多患者提供更真实、更有效的治疗依据。更为重要的是,微纳3D打印所具备的跨尺度制造能力,正在成为连接基础科研与临床转化的桥梁。从厘米级类器官到高通量药物测试微球芯片,从导流钉、内窥镜到牙齿贴面,摩方持续拓展生命健康的技术边界,推动医疗产业向更安全、个性化、智能化方向发展。
类器官芯片不是终点,而是开始。摩方将持续以技术之力,为生命健康提供坚实支撑,助力医疗产业驶入更高精度的新轨道。返回搜狐,查看更多