細看3D打印技術(shù)如何推動現(xiàn)代醫(yī)學的進步(3)
5. Biofabrication：首次開發(fā)出三維生物打印機打印人皮膚
在一項新的研究中，來自西班牙馬德里卡洛斯三世大學(UC3M)和格雷戈里奧-馬拉尼翁綜合大學醫(yī)院(Hospital General Universitario Gregorio Mara?ón)的研究人員與BioDan集團(BioDan Group)合作，開發(fā)出一種三維生物打印機原型，從而能夠制造出完全功能性的人類皮膚。這種皮膚適用于移植到病人體內(nèi)或者用于研究或測試化妝品、化工產(chǎn)品和藥用物品。相關研究結(jié)果近期發(fā)表在Biofabrication期刊上，論文標題為“3D bioprinting of functional human skin: production and in vivo analysis”。
在這項研究中，研究人員首次證實利用這種新的三維打印技術(shù)制造出合適的人類皮膚是可能的。論文共同通信作者、UC3M生物工程與航空航天工程系教授José Luis Jorcano指出這種皮膚“能夠被移植到病人體內(nèi)，或者用于商業(yè)環(huán)境中大量地測試化工產(chǎn)品、化妝品或藥用物品，并且針對這種測試制定出與這些用途相匹配的時間表和價格”。
這種新的人類皮膚是利用生物打印制造出的人類器官之一。它具有天然的人類皮膚的組織結(jié)構(gòu)：位于最外面的具有角質(zhì)層的表皮，起著抵御外部環(huán)境的作用;比表皮位于更深處和更厚的真皮。真皮是由產(chǎn)生膠原蛋白的成纖維細胞組成的。膠原蛋白讓皮膚具有彈性和機械強度。
生物墨水(bioink)是三維生物打印的關鍵。當利用三維生物打印機制造皮膚而不是墨水盒和彩色墨水時，研究人員使用了攜帶生物組分的噴射器。根據(jù)格雷戈里奧-馬拉尼翁綜合大學醫(yī)院研究員Juan Francisco del Ca?izo的說法，“了解如何混合這些生物組分、在什么條件下利用它們開展研究以至于細胞不會發(fā)生功能惡化以及如何正確地儲存產(chǎn)品，在這種系統(tǒng)中發(fā)揮著至關重要的作用。”儲存這些生物墨水的行為是由一臺計算機控制著的。這臺計算機以一種有序的方式將它們儲存在打印床上，隨后制造出人皮膚。
制造這些組織的過程能夠以兩種方式開展：利用很多細胞制造同種異體皮膚用于工業(yè)過程;利用病人自己的細胞制造自體皮膚用于治療目的，如用于治療重度燒傷，這種自體皮膚制造方法依具體情況而定。研究人員注意到，“我們僅使用人細胞和組分制造出具有生物活性的皮膚，這種皮膚能夠產(chǎn)生它自己的人膠原蛋白，因而避免其他方法中使用的動物膠原蛋白。”這并不是全部，這是因為他們也正在尋找打印其他人組織的方法。
這種新技術(shù)具有幾種優(yōu)勢。BioDan集團首席執(zhí)行官Alfredo Brisac指出，“這種生物打印方法允許以一種標準化的自動化方法制造皮膚，而且這種方法并不如手工制造那么昂貴。”
當前，這種制造方法正在接受不同的歐洲監(jiān)管機構(gòu)的審批以便確保制造出的這種皮膚適用于移植到燒傷病人和具有其他皮膚問題的那些病人體內(nèi)。此外，這些組織能夠被用于測試藥用物品、化妝品消費者化工產(chǎn)品，畢竟當前的法律要求這種測試不能在動物體內(nèi)開展。
6. Cell Stem Cell:創(chuàng)造人工腎臟可能需要這種技術(shù)
美國薩克研究所的科學家們最近開發(fā)了一種在體外培養(yǎng)腎祖細胞(Nephron Progenitor Cells)的方法，在此之前一些維持腎祖細胞培養(yǎng)的嘗試經(jīng)常失敗，培養(yǎng)的細胞或者死亡或者失去發(fā)育潛能，無法保持祖細胞狀態(tài)。
腎祖細胞，至少對人類來說，經(jīng)常只存在于胚胎發(fā)育的一個短暫階段。這些細胞會繼續(xù)發(fā)育形成腎單位，負責血液過濾排出尿液。但是成人體內(nèi)不存在腎祖細胞，在損傷或疾病狀態(tài)下，不能生成新的腎臟組織。科學家們認為在實驗室中獲得腎祖細胞將為研究腎臟發(fā)育最終幫助治療腎臟疾病提供一種新方式。
其他科學家曾經(jīng)使用誘導多能干細胞獲得腎祖細胞樣細胞，這種方法通常需要花費很長時間，并且很難分離得到比較純的細胞群體，產(chǎn)生的腎祖細胞樣細胞也只能維持較短時間，幾天之內(nèi)就會發(fā)育成熟變成成體腎臟細胞，因此一直以來沒有穩(wěn)定的祖細胞群體可供科學研究。
在研究伊始，研究人員直接從小鼠胚胎中分離腎祖細胞，開發(fā)能夠維持祖細胞狀態(tài)的方法。他們發(fā)現(xiàn)如果將細胞培養(yǎng)在3D培養(yǎng)條件下，再加入一些信號分子混合物，就能夠長時間穩(wěn)定維持腎祖細胞狀態(tài)。隨后將這些3D培養(yǎng)的祖細胞轉(zhuǎn)移到其他條件或移植到動物體內(nèi)可以發(fā)育形成具有功能的腎單位樣結(jié)構(gòu)。
接下來研究人員又利用人類胚胎腎祖細胞以及從干細胞分化得到的人類腎祖細胞找到了適用于人類腎祖細胞培養(yǎng)的方法。他們再一次證明這種方法能夠在體外長期維持腎祖細胞。研究人員表示該研究使用的3D培養(yǎng)策略也有可能應用于其他類型祖細胞的培養(yǎng)。他們計劃接下來研究培養(yǎng)發(fā)育成完整腎臟所需的其他類型祖細胞的方法。如果能夠?qū)崿F(xiàn)對其他類型祖細胞的培養(yǎng)，那距離創(chuàng)造一顆可供移植的人工腎臟將不再遙遠。
(責任編輯：admin)
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