赛箔合作|《ACS Biomater. Sci. Eng.》生物3D打印睾丸类器官用于生殖毒性评价

近日，益诺思与赛箔生物团队联合开展的一项采用生物3D打印技术，建立用于早期药物生殖毒性筛查的睾丸类器官模型，发表于《ACS Biomater. Sci. Eng.》，题为“《Light-based 3D Bioprinting of Testicular Organoid as an In Vitro Model for Reproductive Toxicity Assessment》”

不孕不育本世纪是仅次于肿瘤和心脑血管疾病的第三大疾病，全球约有8～15％育龄夫妇受其影响，其中男性原因占50％以上。男性不育的原因有很多，但可能与损害精子发生的先天性，获得性或特发性因素有关，其中一部分原因是由于环境毒物或者药物的生殖毒性导致的。如今新的化学产物数量快速增长，毒性评价的需求也随之激增，这些问题导致市场供不应求。ICH在ICH S5中提出的“3R”原则也已经成为科学研究者们的共识。因此，建立一个高通量的药物生殖毒性替代模型迫在眉睫。

亮点汇总

●筛选最适合睾丸细胞生长的打印墨水

本研究构建的类器官模型能够精准模拟睾丸组织的基质组成和刚度。相比于传统的培养方式，该培养显著增强了细胞-细胞、细胞-基质相互作用的关系和信息交流，为雄性生殖提供了更接近体内环境的模型。

●优化睾丸类器官的培养条件和培养基的配方

本研究通过优化3D打印的材料浓度、打印参数、培养方式以及培养基的成分，筛选出小鼠睾丸类器官培养的最佳条件。

●首次建立生物3D打印睾丸类器官模型并用于雷公藤甲素的毒性评价

本研究使用优化后的条件以及培养基构成，培养出了具有区室化管状结构的睾丸类器官，并应用雷公藤甲素对模型进行了初步验证。通过该研究，验证了生物3D打印模型在早期药物毒性筛查方面的潜力，为药物非临床安全性评价提供了有力支持。

具体研究内容

小鼠睾丸类器官生成的 3D 生物打印条件和培养参数的设计：通过对睾丸外基质的探索，发现睾丸外基质中最主要的成分为Ⅰ型胶原蛋白，选用GelMA制备生物墨水；根据睾丸的组织刚度范围，确定了墨水中各成分的浓度；通过尝试不同的打印参数，筛选出了打印状态最佳的条件，细胞在模型中生长良好，证明了模型的生物相容性。

使用青春期前小鼠细胞建立生物打印睾丸类器官的建立与表征：通过对比两种不同的培养基在睾丸类器官培养过程中细胞的状态，发现在使用一些固定的添加因子的培养基，更有利于细胞的生长，并且在培养过程中产生肉眼可观察到的类似于精小管的区室化结构产生。

睾丸类器官表现出区室化的管状结构并保留关键的性腺细胞谱系：IF染色结构显示，经过14天的类器官培养后，细胞逐渐自组织成类似精小管样的结构，α-SMA形成一个具有空腔的管状结构，DDX4分布在α-SMA的内壁上，GATA4则和DDX4混合分布，3β-HSD不均匀的分布在管状结构之间，与睾丸天然组织分布一致。

体外睾丸类器官培养过程中细胞类型特异性基因表达谱的时间变化：通过基因表达分析表明，优化的类器官培养系统支持长期多种睾丸细胞类型的存活和维持。这类器官的基因表达谱与体内睾丸非常相似，表明了生物3D打印睾丸类器官的成熟且功能正常。

生物打印的睾丸类器官能够评估生殖毒性：该模型可以有效的检测出雷公藤甲素对于睾丸细胞已知的各类毒副作用，能够精准地识别靶细胞，从而为机制研究提供更为丰富的信息支持。小鼠睾丸类器官模型初步展现出作为雄性生殖毒性评价及其机制研究平台的潜力

总结

此次益诺思与赛箔合作的研究成果首次建立了一种基于光固化3D生物打印技术来制造睾丸类器官，为药物临床前安全性评价提供了一个高通量的新方法和新模型。类器官与生物3D打印技术的结合，不仅使生殖类器官的研究更近一步，还为日后个性化模型的建立提供了重要依据。期待在这成果能在未来转化为实践，为不孕不育患者带来更多希望。

文献链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsbiomaterials.5c00414

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关于赛箔生物

赛箔（上海）智能科技有限公司是一家专注于研发生物制造技术和组织工程产品的高新技术企业，成立于2021年2月。自主研发多种已经获得国家发明专利授权的生物3D打印技术和装备、生物材料、体外细胞和组织培养技术、组织处理和培养装置。基于核心技术开发多种器官组织模型和相应的检测评价服务，为基础研究、新药研发、精准医疗、再生医学等领域提供生物3D打印全产业链解决方案，实现了从设备到产品到服务的全面覆盖。

在肿瘤相关领域，赛箔与合作者共同研发基于生物3D打印技术构建的肿瘤微组织（PDT），涵盖十余个癌种，包括高发肿瘤、难治肿瘤、妇科肿瘤和儿童肿瘤，培养成功率超过了90%。通过近千例样本研究，证实PDT与患者组织具有高度一致的分子特征和药物敏感性，1-2周即可获得准确的药敏检测结果，为治疗赢取宝贵时间，并且可为新药研发企业提供药效评价、入组标准建立、适应症筛选等服务。在再生相关领域，赛箔已建立多种3D组织工程皮肤，包括表皮模型、全层皮肤模型、黑素皮肤模型等，并相应开发多种体外功效测试方法。