已成功移植全球首例3D生物打印耳朵！3D Bio Therapeutics引领3D生物打印技术

20世纪，出现了两个对公共卫生和预期寿命影响具有里程碑意义的重大医学进展——疫苗和抗生素。到了21世纪，第三个重大进展——再生医学出现了。据报道称，鉴于干细胞治疗的可能性，一些研究人员和临床医生把再生医学称为“第三次医学革命”。

再生医学是指利用生物学及工程学的理论方法创造丢失或功能损害的组织和器官，使其具备正常组织和器官的结构和功能。再生医学标志着医学将步入重建、再生、“制造”、替代组织器官的新时代，也为人类面临的多数医学难题带来了新的希望，如自身免疫性疾病、恶性肿瘤、阿尔兹海默病、帕金森病等疾病和各种组织器官损伤的治疗。

根据美国再生医学联盟ARM的统计，2021年再生医学领域融资额高达231亿美元，全球有1308家公司正在积极开发再生医学领域。此外，根据Statista统计，2021年全球再生医学市场规模约为169亿美元，预计2030年可达955亿美元，CAGR 21.22%。

再生医学的概念较为宽泛，探索方向也较多。目前，再生医学正在探索的三大方向包括：通过移植细胞悬浮体或聚合体来替代受损组织；实验室生产的能替代天然组织的生物化人工组织或器官的植入；通过药物手段对损伤组织部分进行再生诱导。

随着3D打印技术的问世，该技术也被引入再生医学领域成为3D生物打印技术。3D生物打印技术是以计算机三维模型为“图纸”，装配特制“生物墨水”，制造出人造器官和生物医学产品的新科技手段。

目前，3D生物打印技术已被广泛应用在制造人体器官方面，如心脏、肝脏、眼球等，国内外有多家企业专注于开发此技术应用于临床。数据显示，2021年，国内3D生物打印市场规模达到42.49亿元。

放眼全球，尽管多家生物技术公司入场，但有且仅有一家公司成功实施了一例临床3D生物技术产品的耳朵移植。这家公司就是3D Bio Therapeutics（以下简称3D bio）。

3D Bio是一家创办于2014年的临床阶段生物技术公司，总部位于美国纽约，专注于再生医学与设备开发，旨在支持活组织和器官植入。3D Bio利用其专利3D生物打印技术提供结构和功能完整、安全的活组织植入物，能够按需为患者进行设计，目前已成功完成全球首例3D打印耳朵临床人体实验。

Daniel Cohen是3D Bio的联合创始人和首席执行官，是康奈尔大学机械工程博士，辅修生物医学和电气工程。在康奈尔大学，他专注于3D生物打印技术，拥有众多该领域的出版论文与专利。毕业后在麦肯锡工作四年，学习如何把科技项目商业化。创办3D Bio之前，他还联合创办了American PAPR，这是一家医疗设备制造公司。

Hod Lipson是3D Bio的联合创始人，是以色列理工学院、麻省理工学院和布兰迪斯大学的博士。此后在康奈尔大学任教14年，目前在哥伦比亚大学机械工程和数据科学继续任教。Hod博士发表了300多篇论文，出版了第一本全面讲述3D打印的著作《3D打印：从想象到现实》（Fabricated:The New World of 3D Printing）。

Lawrence Bonassar是3D Bio的另一位创始人，是麻省理工学院材料科学与工程博士。他在马萨诸塞大学医学院组织工程中心任教五年后，于2003年加入康奈尔大学教授生物医学和机械工程，目前还在Tissue Engineering、3D Printing and Additive Manufacturing、Biofabrication等多个学术杂志的编辑委员会任职。另外，Lawrence还是国际生物制造学会和骨科研究学会的董事会成员。

利用3D bio特有的技术平台，能够打印出符合FDA治疗性生产需求的活组织植入物。这个技术平台包括：3D生物打印机（GMPrint）、生物墨水（ColVivo）、专用细胞培养系统和可植入保护壳（Overshell Technology）。3D打印活组织植入物可以用于治疗各种疾病，包括先天性损伤、外伤或手术后的损伤等。

2022年6月，3D bio宣布完成全球首例3D生物打印耳朵移植，在手术完成3个月后未见排异反应。这项移植手术采用3D bio为II-IV级小耳症患者设计的耳植入物AuriNovo。

小耳症是一种先天畸形疾病，会导致外耳变小、形状不正确、甚至完全缺失，不仅会影响听力，还会对儿童的心理造成严重影响。据美国疾控中心（CDC）统计，小耳症的发病率在1/10000-1/2000之间。

此次移植手术中，3D bio首先对患者的小耳残留物进行活检，取出0.5g软骨以分离出软骨细胞，利用其专用细胞培养系统进行培养扩增。将生物墨水ColVivo与培育的软骨细胞混合，使用3D生物打印机GMPrint将细胞打印成患者正常耳朵的形状，就形成了耳植入物AuriNovo，最后借助Overshell Technology工艺将AuriNovo固定在患者耳朵部位。

目前，AuriNovo正在FDA的IND计划下进行1/2A期研究，旨在测试AuriNovo的初步安全性和收集技术、术前、术后等方面的有效数据。预计该项研究最多需要5年的时间完成长期随访。

AuriNovo 图源：3D bio官网

AuriNovo的生产工艺运用了公司技术平台的几个要素。

·3D生物打印机（GMPrint）

GMPrint内有多项专利技术，包括基于AI的打印路径规划算法、用于优化复合材料和几何形状的剪切路径、无菌工作流程设计和可实现精确超高加速度的专有运动系统。通过这些专利技术能够实现超高通量（每分钟＞1000万个细胞），打印出符合cGMP标准的生物组织。

·生物墨水（ColVivo）

ColVivo是一款治疗级墨水，专用于3D生物打印的治疗应用。ColVivo可以满足cGMP标准的加工要求，同时保留3D生物打印所必需的生物流变特性，混合活细胞后在生物打印机中塑造出活的植入物。

·专用细胞培养系统

3D bio开发了专有细胞培养系统，确保提取的细胞在整个打印过程中能够保持活性，快速膨胀达到足够的数量。

·可植入保护壳（Overshell Technology）

Overshell Technology旨在为生物植入物提供一种结构支撑的方法，支持患者的组织再生过程。这通过3D打印热成型技术实现，由生物可吸收聚合物制成。这种结构与生物打印组织的表面形状相匹配，充当生物组织植入物的外骨骼。

目前，3D bio的生物组织打印研究集中在重建软骨领域。在这一基础上，3D bio已将研发管道扩展到退行性椎间盘疾病、椎间盘突出等神经外科和肝衰竭和肾衰竭等器官系统领域。

 研发管道 来源：3D bio官网

医疗健康的发展得益于科技的助力，3D生物打印的出现让身体器官的定制修复成为可能。3D生物打印成为个性化生物医学设备、组织工程皮肤、软骨和骨骼，甚至是可工作膀胱的基础。

3D生物打印在医疗应用里主要有四个层次：第一是没有生物相容性材料，如用于医疗模型或体外医疗器械等；第二是有生物相容性需求，可进入人体但不能降解，如永久植入的陶瓷牙等。第三是材料可降解，也可刺激人体自身修复，但不能突破自身修复的限制，如一些加速伤口愈合的骨胶水等。

第四层是以活性细胞和细胞外基质等为材料，以细胞为介入单元，构建新型的组织器官移植物，最终实现组织器官的移植。这也是本文中提到3D生物打印植入，是真正具有现代性的技术。

在3D生物打印领域，起步较早的商业化公司Organovo与多家大公司合作，专注开发用于药物毒性评估和药效筛选的生物类器官，解决药物开发体外模拟的窘况。国内外也有数家公司致力于3D生物打印的商业化开发，如CollPlant、CYFUSI以及中国技术前沿公司诺普再生、蓝光英诺、捷诺飞和迈普再生医学等。

随着生物材料不断发展、技术水平不断提升，3D生物打印市场持续高速增长。可以预见，未来的3D生物打印能够在定制芯片器官、制造皮肤、面部重建、多器官药物筛选和制造3D血管网络等多个细分赛道中不断发展。据相关报告预测，到2027年全球3D生物打印市场规模将达到183.39亿元，2021-2027年复合增长率预估为27.6%。