集成型组织-器官打印机内的喷口 美国科学家研发出了一款可以打印大尺寸“活”组织的3D打印机,这些组织移植到老鼠身上后能够长时间地存活,并逐渐“融入”到了周围的组织里。这项新的突破使科学家距离3D打印出真正的组织乃至器官,并将其用于临床治疗又近了一步。 1986年,美国人查尔斯·赫尔(Charles Hull)发明了3D打印技术。在随后的30年间,尤其是进入二十一世纪以来,随着材料科学、计算机技术等诸多领域的进展,3D打印技术取得了长足的进步。如今,你能在网上下载到各式各样的3D模型文件,用3D打印机为自己打印一个小摆件。但3D打印技术的应用远远不止局限在给人们的生活增添一抹亮色上:设计师可以用3D打印机把自己设计的作品的模型打印出来,让客户有更加直观的体验;在工业生产上,有越来越多的零部件的生产正在使用着3D打印技术,比如,空中客车公司就宣称其生产的A350 XWB机型的飞机有超过1000种零部件是用3D打印技术生产的;科学家和医生能够用3D打印机根据病人的体貌特征,“定制级”地打印出各类植入物,为病人做移植手术。 在3D打印技术方面,美国科学家最近在生物医学领域又有了新的突破。在2月15日提前在线发表在《自然生物技术》(Nature Biotechnology)杂志上的一篇论文中,美国维克森林大学(Wake Forest University)再生医学研究所的科学家报告了他们研发出的一款3D生物打印机。使用这种“集成型组织-器官打印机”(Integrated Tissue-Organ Printer),研究人员成功地打印出了大尺寸的“活”的组织,包括一个外耳形状的软骨、下颚骨、头盖骨以及肌肉组织。把这些组织移植到老鼠身上后,这些组织都能够长时间地存活下来,并且逐渐“融入”到了周围的组织里。这项新的突破使科学家距离3D打印出组织甚至器官,并将其用于临床治疗又近了一步。 3D生物打印机和常规的3D打印机的原理完全一样,也是根据预先设计好的打印程序把“墨水”逐层打印出来,最终得到需要打印的物体。与常规的3D打印机之间的区别在“墨水”上:3D生物打印机的“墨水”通常都是各类生物材料或者具有生物相容性的人工合成材料。根据不同的打印目的,在打印时这些材料中有时还会包含有活的细胞。这些生物或者人工合成材料的作用有的是为细胞提供一定程度的保护、促进它们的生长,其它一些材料则是扮演“骨骼”的角色,把打印出的组织“撑”起来,防止其“坍塌”。由于打印时需要保证不破坏这些生物材料和细胞的生物学活性,所以3D生物打印机对打印条件的要求更为苛刻(比如打印温度不能过高,打印时间要尽量短等等)。 在这项新的研究中,科学家通过两种策略解决了这些难题。 解决了支撑和供养这两个难题,打印就变得不那么复杂了。以外耳软骨为例,科学家首先使用CT或者核磁共振对人耳进行扫描,然后使用计算机软件设计出了一个外耳的3D模型,并且为打印机的每个喷口(打印机有不止一个喷口)选定了在每一层中进行喷“墨”的位置和喷口的移动路径。 3D生物打印追求的绝不只是外观上的逼真。打印出的组织还必须能够长期存活,否则根本无法被应用于整形手术和再生医学领域。 这台打印机研发团队的领导者是美国维克森林大学医学院再生医学研究所的安东尼·阿塔拉(Anthony Atala)博士。他领导的团队一直以来都是全球3D生物打印、组织工程和再生医学领域的领跑者。他本人正在申请或者已经持有的相关领域的专利数量甚至超过了200项。由于其卓越的学术成就,他和他的团队获得了很多医学领域奖项的肯定。大众媒体对他和他团队的工作也保持着高度的关注,美国的《时代》周刊就曾不止一次把他们的研究进展列入其盘点的年度医学突破榜单里。 虽然这款集成型组织-器官打印机必将会对3D生物打印技术未来的发展起到很大的推动作用,但是距离真正打印出组织和器官并将其应用于临床治疗上,科学家还有很长的路要走。
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