体外组织工程的广泛使用和临床转化(如类器官organoids、器官芯片装置和微生理模型),将需要通过低温保存的设计。
英国 剑桥大学(University of Cambridge)Yaqi Sheng & Yan Yan Shery Huang,在Nature Reviews Bioengineering上发表评论文章,概述了影响体外人体组织低温保存的因素,强调了仍需解决的挑战。
根据FDA现代化法案2.0 (ref. 1)的建议,体外组织和器官模型,为药物开发过程中的动物试验,提供了替代方案。特别地,器官芯片装置、微生理学模型、类器官、组装体及其集成系统,可在解剖学上、发育上或(病理)生理学上,模拟人体组织和器官2、3、4、5,因此具有作为临床相关药物发现和个性化疾病模型的巨大前景。然而,广泛临床应用进展缓慢。为了增加细胞和环境的复杂性,并复制人类(病理)生理表型,这些模型需要时间来开发,从3D细胞球体的几天到器官芯片装置的几周,以及在生物反应器中成熟的类器官、组装体或工程化组织的几个月。除了时间投入外,这些模型的创建,还需要专业知识,而实验却往往难以复制。因此,在建立这样的体外模型,还存在大量的技术和资源障碍。
低温保存Cryopreservation技术,是利用低温在结构上和功能上长时间保存完整的活细胞和组织。对于简单的体外模型,冷冻保存已成为单细胞和小球体的标准做法。类似地,复杂组织模型的冷冻保存,可实现生物库、研究合作和供应链管理,这是临床转化和商业化的最终要求。大规模生产成熟前或成熟后的工程组织,并通过全球冷链输送,将为基础和转化研究的体外建模,提供标准化和可获得的方法。
获得现成的体外组织模型路径有限,这阻碍了在研究和工业中的广泛应用。通过生物制造的创新,可实现具有(病理)生理相关性的类器官和微生理学模型整合形式,从而低温保存、解冻和恢复;例如,接近成熟且载有细胞的水凝胶生物墨水,可利用生物打印机或生物组装平台进行冷冻保存、运输和重建,以创建定制模型。从而实现这些模型的低温保存,将提高标准化、可获得性和可负担性,从而实现相互参照,并最终在研究和临床实践中采用。
图1:体外组织模型冷冻保存的影响因素。