【生物探索】打印仿生组织 3D打印技术向器官定制不断迈进

365体育官网2017年4月27日讯  生物打印机的不同之处在于,它不是利用一层层的塑料,而是利用一层层的生物构造块,去制造真正的活体组织。对于3D生物打印机的出现,医疗界对此非常的期待。就如同之前出现的“达·芬奇”三维模拟手术机器人一样,它也必将给医疗界带来一场革命,给所有等待合适器官的病人们带来希望。

3D生物打印技术可让科研人员另辟途径地制造人体替换器官,虽然将其应用于医疗服务领域还需很长一段时间,但是科学家相信随着3D生物打印技术以及再生医学的发展进步,将最终实现人体器官的个性化定制。

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【生物探索】打印仿生组织 3D打印技术向器官定制不断迈进

3D打印技术的原理与普通打印机的基本相同,将装有液体或细胞等“生物材料”,与电脑连接后,通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来,最终把计算机上的蓝图变成实物。2010年,3D生物打印机被《时代周刊》评为2010年50项最佳发明之一。

打印出人类仿生组织

英国牛津大学研究出最新3D打印技术,将水和液体分子连接在一起形成了具有人体细胞功能的“液滴”(仿生组织),这些打印出“功能液滴”可用于替换受损的人体组织,或者作为新方法为人体投递新药,相关研究发表在《科学》(Science)期刊上。

完全人工合成的“液滴”不需要基因组以及其转录表达,从而避免了其它方法在合成人工组织上所遇到的问题,例如干细胞使用。

领导这一研究的牛津大学化学系Hagan Bayley教授称:“我们不是尝试合成类似组织的物质,而是希望它能执行组织功能。研究表明,创建的数千个“集合液滴”能利用蛋白孔打印出神经元的信号途径,并能从信号网络的一端向另一端传递电子信号。”

每个液滴是直径约为50微米的透明空腔,尽管它的体积约是活细胞的5倍,研究人员有理由相信他们能将其合成得更小。值得肯定的是,在数周内液滴形成的信号网络能保持稳定。

Bayley 教授称:“传统的3D打印机无法打印出有功能的“液滴”,具有突破意义的是,牛津大学的研究人员打印出3.5万个液滴,从体积上看,由于时间和资金的制约 它还不算很大。其中的一个原因是,研究人员在实验中仅使用了两种不同类型的“液滴”,不过后续的实验会采用50种或者更多。”

Bayley 研究小组的哲学博士生Gabriel Villar是这篇论文的通讯作者之一,组装了这台特殊的3D打印机,他说:“打印出来的液滴网络可以设计成不同外型,例如:扁平体可折叠成类似花卉的花 瓣,并形成中空结构,这是打印机无法实现的。折叠之后的结构可模拟肌肉运动,在液滴之间产生水传输。我们可以建立具有伸缩性的新型软质材料,进一步实现人 体活细胞和组织。”

打印出具有功能的人耳

美国康奈尔大学的工程师与医生成功制造了一个人工假耳,在外观与功能上与真耳并无二样。这一重要的进展给那些患有先天性耳朵畸形,即小耳症的儿童带来了希望。

康奈尔大学生物工程学家与威尔康乃尔医学院(Weill Cornell Medical College)的医生组成的研究团队结合3D打印技术以及由活细胞制成的可注射胶造出了与人耳几乎完全一样的假耳。在3个月时间内,这些耳朵即可长出软骨,替换掉其中用于定型的胶原。这一研究成果在线发表在最新的PLOS One杂志上。

打印出世界首个人工肝脏组织

苏格兰科学家率先研制出利用人体细胞打印人造肝脏组织的技术。研究发现,在生理性更强的3D培养物中成长起来的细胞和2D培养物中的表现截然不同,在此基础上,爱丁堡赫瑞瓦特大学的研究人员研制出了基于瓣膜的细胞打印流程,可以生产特定的细胞种类。这一技术面临的一大挑战是研发更易控和更精细的打印喷嘴,以有效保护细胞和组织的生存能力。

Will博士表示:“突破性的新药从开发到面市需要10到15年以及超过10亿美元的投资。3D打印人体器官能把这一时间缩短到10年以下,而成本仅仅是原来的一半。所有的药物都需要进行对肝脏的毒性测试,所以这项技术能造福所有药物。”

人造肝脏的研发困难重重,因为它包含了多种不同的细胞种类和复杂的血管结构。研究人员想利用3D打印技术制造出构造相对简单的1毫米迷你肝脏和各种干细胞。他们认为,一个可用器官的诞生大概还需要两三年。

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