生物3D打印在生物工程方面的5個應用，未來可實現部分器官修復
醫療健康的發展得益于科技的助力，比如有了3D打印，身體器官的定制修復可以更容易實現了。生物工程學家預計，將來或可利用它制造真實的細胞材料。此類技術可以成為個性化生物醫學設備、組織工程皮膚、軟骨和骨骼，甚至是可工作膀胱的基礎。近期發表于《生物技術動向》的特刊中，研究者對3D生物打印的進展及未來幾年甚至幾十年可能實現的設想，進行了梳理與思考。
此圖顯示了將細胞高通量生物打印至微孔中的過程
1定制芯片器官
模擬人體組織結構和功能的3D 微工程系統——“芯片器官”，是廉價、高效、個性化醫療競賽中的強有力競爭者。肺，腸和胰腺組織已經可以由芯片上的人體干細胞生長而得，這使得研究者能夠了解不同病人的這些細胞的生理區別，并進行藥物篩選。芯片器官制造的挑戰在于快速擴展技術的應用，而3D打印則可以減少建立、引導及滿足芯片需求過程中所必需的勞動力和費用。
“3D打印微流體制造和生物打印3D組織的交集在單步芯片器官工程方面大有前途，并且能夠在研究過程中，實現更大的靈活性和生產量。”來自康涅狄格大學，從事3D打印在微流體和芯片器官方面新應用研發工作的助理教授Savas Tasoglu (@SavasTasoglu)說到，“在未來的研究中，更先進的可打印一系列粘性材料的3D生物打印機，將應用于打印和制造微流體平臺及設備內部模式化的復雜組織。此類封閉整合系統，將極大地簡化芯片器官模型的制造并使芯片器官的設計迭代得更快。”
在微流體設備中3D打印生物細胞的流程
3D打印技術在微流體設備制造以及生物印刷的應用中不斷取得成功，伴隨這兩個領域的迅速革新，未來幾年里，3D打印將很可能成為芯片器官工程的工具。目前，生物相容性打印材料的可用性限制了微流體通道和生物打印組織的結構尺寸。然而，隨著3D打印分辨率的迅速改善，即使是低成本的消費級3D打印機，也有可能在不久的將來解決這個問題。
2制造皮膚
研究發現，由接種在膠原膠體表面的細胞打印而成的皮膚，在培養后10天出現了細胞間連接和生物學上正常細胞的標志物。在另一項研究中，研究者可以在這層細胞之上種植血管。由此看來，皮膚生物打印要比想象中更接近現實，但在足以幫助患者尤其是燒傷和慢性創面患者的設計方案上，研究者們的考慮還處于初步發展階段。
皮膚是一個復雜的器官，有著包含多種類型細胞的明確定義的空間結構。“目前已經實現了利用復雜機器來控制制造組織的工程構圖，”南洋科技大學及新加坡科學技術研究所的Wei Long Ng及其合作者得出一個結論，“盡管利用生物打印制造出具有等同于真實皮膚完整功能性能的皮膚，這一最終目標尚未實現，但生物打印在皮膚組織工程的諸多重要方面，包括生成著色和/或老化皮膚模型，脈管網絡和毛囊等方面有較大潛力。”總體而言，比較簡單的包括角蛋白細胞和成纖維細胞的皮膚構建體，已經利用生物打印技術被成功制造出來。在“體內”研究中，這些皮膚構建一定程度上顯示出了與天然皮膚及其功能的相似之處。
對于生物打印領域的當前狀態，3D皮膚構建體可以構建基于成像數據和與其它相對難度較低的較厚組織與器官。正如在以前的研究顯示，技術成熟后，打印皮膚結構將與天然皮膚組織十分相似。皮膚生物打印的進一步發展，未來將能夠實現為患者傷口按需定制符合自體皮膚的構建體，另一個有趣的應用是在傷口治療中，進行皮膚原位生物打印。
利用3D打印技制造皮膚的示意流程
商業化和監管方面，組織工程和再生醫學（TERM）的規例監管流程和多樣性構成了TERM發展的巨大挑戰。打印結構的成功商業化在很大程度上取決于監管和撥款的批準。3D打印皮膚構建體，包含著不同的生物材料、細胞和生長因子，監管部門批準的困難在于臨床研究不斷增加的復雜性和潛在的危害，重要的標準如質量把控和制造程序，對于生物打印來說都是至關重要的。
(責任編輯：admin)
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