3D列印腎臟還有多遠？

與其它3d列印不同，3D腎臟列印屬於生物列印，其應用於再生醫學，需要考慮列印產品的生物相容性、細胞類型、生長和分化因子、組織架構，以使列印的組織具有功能活性。因此，3D生物列印涉及工程學、生物材料科學，細胞生物學、物理學和醫學。


其實，生物材料的3D列印已經廣泛應用於臨床替代治療了，包括多層皮膚組織，骨材料、生物血管、氣管、心臟組織和軟骨結構，這些材料還應用於科研和藥物開發的毒性研究。但是，包括腎臟列印在內的活體生物器官的3D列印臨床應用於患者仍然很遙遠，主要是臟器的完整功能難以實現。即使列印出完整的三維結構，臟器植入實驗動物體內的存活時間也只有幾個月。
3d生物列印目前最牛的幾家公司之一的Organovo公司，在一個月前（2015年3月）展示了一組由NovoGen生物列印平台，全細胞列印成功的體外3D腎組織，這是全球第一次成功實現3D列印腎臟近端小管。列印的腎臟由多種腎臟細胞構成，擁有腎小管-間質的功能。
3D列印器官是否具有生物功能需要解決的首要問題是細胞與細胞之間的連接。單個細胞之間可以通過細胞膜的相互作用連接，方式包括緊密連接、黏著連接、間隙連接，結構上大體都是由細胞膜上的跨膜蛋白完成的，同時還需要多種細胞外基質和細胞內骨架蛋白的參與。這些細胞外基質當然都是由細胞本身所分泌的。但這就出現了一個問題：只有結構功能正常，有時甚至是只能在體內，細胞才能正常分泌細胞外基質。因此，列印出來的器官是否能保證這些基本但苛刻的條件么成為判斷生物器官是否成功的條件。目前，細胞培養已經很普遍了，幾乎所有細胞都可以體外培養，但人造器官很多都是因為不能解決細胞連接的問題，無法完成細胞之間物質交換、信息傳遞等複雜的生物功能。
這次列印的腎臟組織，突破了幾個以往功能上的瓶頸：
1、免疫組化顯示上皮細胞間細胞連接（E-Cadherin+）、微血管結構廣泛形成，且組織結構在體外2周仍能保持穩定。
2、列印組織由多種人類的腎臟細胞組成，包括有極性的近端腎小管上皮細胞，由有活性的纖維母細胞和內皮細胞組成的間質組織。
3、多層小管中的上皮細胞表達 CYP450 mRNAs，並有γ谷氨醯胺轉移酶（GGT）活性，這些都是近端腎小管上皮細胞的功能，同時，GGT的表達在2周後增加，提示細胞功能隨著時間推移反而增加。


最近這一次列印的人類腎組織，實現了腎小管-間質的功能，超越了之前所有的腎臟列印，不過它是否真正具備腎臟的完整功能，還需要通過體內實驗驗證，至於應用於器官移植，那需要更長期的動物-人體試驗驗證。但至少列印出的這個腎臟已經可以應用於科研和藥物開發的毒性研究。