2016年3月4日 星期
3D生物打印技术
让起死回生不再遥远?

  我们会在每年寒暑假复播的《西游记》中会看到这样的景象:观音菩萨拿着蘸了玉净瓶甘露的杨柳枝,将露水洒向一个气息全无的人之后,这个人马上就会活过来。

  死亡,是一件任何人最终都将要面对而又无法改变的事。那些看起来能够让人起死回生的“法力”似乎仅停留在故事里。但是,科技发展到今天,我们虽不能做到让死去的生命再次复活,但可以让垂危的生命得以延续。至少,3D生物打印技术就已经开始改变人类社会了。

  打印一只耳朵?

  用一台打印机制造一只耳朵,这种只在电影中见到的场景,如今已经发生在我们周围。2016年2月15日,来自美国北卡罗莱纳州维克森林大学再生医学研究所的科学家们称,他们已经创建了一台可以制造器官、组织和骨骼的3D打印机,而这些通过3D打印机打印出来的器官、组织和骨骼能够直接植入人体。这一成果已于当日发表在科学杂志《Nature Biotechnology》上。

  论文称,与大多数3D打印机一样,科学家们此次研发的3D打印机的喷嘴依靠计算机控制,以一种非常精确的模式逐层挤出沉积材料。这些沉积材料最终会硬化,并生成任何想要的对象,不过,与其他3D打印机使用熔融的塑料或者金属材料不同的是,这款3D打印机挤出的主要是含有人体细胞的水凝胶。

  实际上,该3D打印机拥有多个喷嘴,一些挤出水凝胶,还有一些则挤出可生物降解材料,用来给打印出来的组织提供结构和强度支持。当辅助材料溶解和组织在机器中完成孵化时,它就有可能植入人体。研究人员先对人耳、下颚骨、肌肉进行3D扫描,从而创建数字模板,然后打印出一块耳形的软骨、一块肌肉和一块下颌骨,并把它们植入小鼠体内。

  3D生物打印的技术原理

  所谓的3D生物打印,指的是一种以计算机三维模型为基础,通过软件分层离散和数控成型的方法,定位装配生物材料或活细胞,制造人工植入支架、组织器官和医疗辅助等生物医学产品的3D打印技术。3D生物打印的最终目的是为了解决移植器官来源有限的问题。

  世界上第一台3D生物打印机的原型机已在2009年底由Organovo公司制造出来,2010年被《时代周刊》评为2010年50项最佳发明之一。该技术目前还处于开发的初级阶段,通过电脑建模程序来设计需要打印的器官剖面图,从而精准指导随后的打印过程。研究者在供打印的液态材料中复合从骨髓、脂肪等组织中提取的干细胞,或不同的活性因子,通过打印头将液体按照一定图案打印在接收平台上。打印头每打印一层,就会提升一个层高的刻度,继而开始下一层图案的打印,从而逐渐实现人造组织的成型,跟普通3D打印在工业应用中的模型制造过程类似。

  3D生物打印机可以被置于生物安全柜中,可进行无菌操作,打印后的组织可以直接被植入患者体内,其中的细胞在生长因子的调控下,重新组合、分化,最终形成新的组织和器官。以皮肤打印过程为例,一般需要经过皮肤样品三维建模、形成脂肪原型、3D打印皮肤样品三个步骤才能完成。

  从理论上讲,3D生物打印机可以使用CT等扫描技术,得到患者身体的各个部位精确图像数据,并在随后的短时间内打印出相应的组织,由于这些结构来源于病人的身体扫描,因此,打印后的植入物完全可以模拟原有的器官,顺利地进行替换,从而减轻了植入过程对患者的身体带来的负担。

  从全球来看,生物3D打印的前景比较广阔,目前生物3D打印技术已经在主动脉瓣、种植手术导板、人工下颚等领域得到应用。但是,人体是一个复杂的系统,无数细胞每天在以我们不能充分理解的神秘方式生长、愈合和变化,我们还没有解码细胞之间是如何传递的,尽管科学研究可以将细胞以完美的形状放在支架上的正确位置,但是仍然没有人准确地知道如何“启动”种子细胞,现有的3D生物打印只是刚刚开了个头,未来3D生物打印技术的道路还有很长的一段路要走。(据《科技日报》)

2016年3月4日 星期

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