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发布日期:2018-12-13
信息来源:济南日报 字体:

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试想一下,你身上的某个器官或者组织出现了状况,你正担心能否找到稀缺的捐献器官,这时候,医院用3D打印机打印出了一个全新的器官移植到你体内,就像换掉一个机器上的老旧零件一样简单…

随着科技的发展,很多以前天马行空般出现在科幻电影中的场景,已不再是天方夜谭,比如3D打印机的出现,就让器官再造成为可能。

近年来3D生物打印技术在国内外获得飞速发展,运用3D打印技术打印出来的手术模型已经开始在一些医院广泛运用。而用3D生物打印机打印出可与人体兼容的体内植入物,甚至用细胞作为“墨汁”打印出器官的技术也不断取得突破。

2016年年底,广州妇儿医疗中心就接到过一名“皮埃尔罗宾综合征”患者,这是一种先天颌骨畸形导致的罕见疾病,孩子往往很难喂养,严重的可致人死亡,所以手术迫在眉睫。

做这种手术需要切开病人骨头,然后把它拉伸,让其回到正常的位置,在哪里切开(截骨的位置),需要拉到什么程度(角度和距离)都有精确的要求,可谓“差之毫厘,谬以千里”。

为了提高手术效果,医生用生物3D打印技术制作出了患者的颌骨模型,有效提高了手术效率和手术精度。

研究表明,3D生物打印的应用主要有三个阶段:体外手术模型、打印可用于植入人体的类器官和组织以及利用细胞打印出活性器官和组织。前两个阶段目前都已实现,也是应用最多的阶段,而利用细胞列印出活性器官和组织目前是难度最大的。

为什么要这样说呢?

因为3D打印活体器官是最具挑战意义的,从技术层面来讲,至少需要克服三个挑战:

1、需要解决打印过程中细胞能否存活、能否发育、能否变异甚至肿瘤化的问题。

2、3D生物打印机必须满足生物仿生对制造精度、准确性的极高要求。

3、组织及器官是由多材料及多细胞组成的非均质体系,对制造学要求也极高。

目前,科研人员正在加紧攻克技术难题。捷诺飞生物科技有限公司董事长、杭州电子科技大学的徐铭恩团队自主研发出一台生物材料3D打印机Regenovo,已在这台打印机上成功打印出较小比例的人类耳朵软骨组织、肝脏单元,打印的细胞存活率高达90%以上,可存活4个月。

2016年年底,四川大学华西医院研究团队还利用取自恒河猴自体的脂肪间充质干细胞制备成3D生物打印墨汁,应用自主研发的3D生物血管打印设备构建出具有生物活性的人工血管,并将其置换恒河猴体内一段腹主动脉,实现血管再生。

在国外,3D生物打印研究重镇美国韦克福雷斯特大学团队曾在2006年成功利用细胞扩增技术在体外培植膀胱。2016年2月,该大学的研究团队利用新开发的3D生物打印系统打印出人造耳朵、骨头和肌肉组织,移植到动物身上后都能保持活性。

而徐韬的团队,也用心肌细胞和生物材料模拟打印了动物心脏,发现打印出的心脏还能有节奏地跳动,提示其具备一定的功能;将羊水中提取出来的干细胞进行3D打印,并加入骨系分化因子,获得了活性骨组织。

虽然如此,实验室成功不等于产业化成功。医疗产品不像其他东西,必须得保证安全性、有效性,还需要大量的实验验证。据估算,一个不含细胞的用于组织修复的3D打印产品从研发到上市,大致需要5年到6年时间。

3D打印器官还面临一个重要的难题是,现在大多数组织或器官是通过“细胞+粘合剂”混合打印的,但现在无法长时间粘合在一起,且它是否能在人体内顺利发挥功效,还有待考察。而血管和器官组织相比,体积细微且长,呈中空状,还需要承担运输营养及血液的重任,因此打印难度更是加大了不少。

目前,国内外3D打印出的类组织,只是组织结构相似,不具备组织的功能,因为即使是看起来简单的组织,人工再造也面临着巨大挑战。就拿皮肤来说,看起来薄薄的一层,但其功能很多,除了保护身体功能之外,还有感觉、调温、出汗等功能,如果打印出来的皮肤不具备这些功能也是不行的。

总体来看,3D打印的器官安全与否是最需要考虑的问题,试想,不经过国家食品药品监督管理总局(CFDA)批准的3D打印器官组织,就算被成功打印出来,又有哪家医院敢用呢?

责任编辑:范慕蕊

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