盤(pán)點(diǎn)3D打印器官在醫(yī)療中的十大應(yīng)用
時(shí)間：2016-08-20 22:14 來(lái)源：未知 作者：中國(guó)3D打印網(wǎng) 閱讀：次
伴隨著科技的發(fā)展，器官移植成為越來(lái)越多臟器衰竭，惡性腫瘤患者生存的希望，但供體不足，一直困擾著患者和醫(yī)生。因此地下器官交易，黑市交易器官猖獗。中國(guó)政府對(duì)新型器官移植技術(shù)也非常的重視。有關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)每年150萬(wàn)器官衰竭患者中，僅有一萬(wàn)余人能得到器官移植，更多的人只能在等待配體的過(guò)程中病情惡化甚至離世。如果3D打印能夠解決這項(xiàng)難題，無(wú)疑將成為最受市場(chǎng)關(guān)注的焦點(diǎn)。
1.3D打印人造器官技術(shù)在國(guó)內(nèi)的發(fā)展
3D打印人造器官技術(shù)在國(guó)內(nèi)迅速的發(fā)展，與國(guó)際水平相比上下。徐銘恩團(tuán)隊(duì)來(lái)自杭州電子科技大學(xué)自主研發(fā)出一臺(tái)生物材料3d打印機(jī)，較小比例的人類(lèi)耳朵軟骨組織、肝單元等現(xiàn)已在這臺(tái)打印機(jī)上成功打印出。該研究成果被國(guó)際最具有影響力的期刊Biomaterials評(píng)為2012年在3D打印人造器官領(lǐng)域的最高水平。Hsieh等為中國(guó)臺(tái)北國(guó)立臺(tái)灣大學(xué)分子科學(xué)與工程學(xué)院的，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)修復(fù)的應(yīng)用是利用溫敏生物材料載神經(jīng)干細(xì)胞結(jié)合3D打印人造器官技術(shù)。清華大學(xué)徐弢等打印了動(dòng)物心臟，是利用心肌細(xì)胞和生物材料模擬。發(fā)現(xiàn)打印出的細(xì)胞能夠有節(jié)奏地跳動(dòng)，提示打印出的器官可以具有一定的功能，還將羊水中提取的干細(xì)胞進(jìn)行3D打印，并加入骨系分化因子，獲得了活性的骨組織。除此之外，千人計(jì)劃國(guó)家特聘專(zhuān)康裕建團(tuán)隊(duì)利用Rollovesseller3D打印平臺(tái)，將含有種子細(xì)胞、生長(zhǎng)因子和營(yíng)養(yǎng)成分等組成的“生物墨汁”，其他材料結(jié)合層層打印出產(chǎn)品，打印經(jīng)培育處理后，形成組織結(jié)構(gòu)并具有生理功能;同時(shí)，發(fā)明生物打印的核心技術(shù)生物的專(zhuān)利，即一種新型的精準(zhǔn)的具有仿生功能的干細(xì)胞培養(yǎng)體系。國(guó)內(nèi)3D打印人造器官技術(shù)快速的發(fā)展，已在細(xì)胞、器官、醫(yī)療植入體等不同領(lǐng)域應(yīng)用而生。
2.3D打印人造器官技術(shù)取得的成就
目前，由3D打印人造器官技術(shù)打印出來(lái)的器官組織，會(huì)存在結(jié)構(gòu)上非常不穩(wěn)定、過(guò)于脆弱的缺點(diǎn)，無(wú)法用于外科移植手術(shù)。并且這些成品缺乏血管構(gòu)造、尺寸也偏小，即便移植，器官也不容易獲取氧和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，很難存活。
就上述存在的缺點(diǎn)，美國(guó)韋克福雷斯特大學(xué)再生醫(yī)學(xué)學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)改進(jìn)了現(xiàn)有3D打印人造器官技術(shù)，開(kāi)發(fā)出“組織和器官集成打印系統(tǒng)”(ITOP)。這一新開(kāi)發(fā)的3D打印人造器官系統(tǒng)，可將含有活性人體或動(dòng)物細(xì)胞的水基凝膠與可生物降解的聚合材料結(jié)合作為打印材料，有助于人造器官形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。這一系統(tǒng)還能在人造器官中打印出許多類(lèi)似血管的微小通道。器官組織移植到動(dòng)物身上后，可通過(guò)這些通道獲取氧和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，這是保證器官移植后存活的關(guān)鍵。一段時(shí)間后，血管會(huì)逐漸在人造器官中生長(zhǎng)，取代微型通道。
為驗(yàn)證效果，研究人員將打印的人造耳朵、肌肉纖維和顎骨移植到小鼠身上。一段時(shí)間后，這些人造器官組織都成功存活下來(lái)，并長(zhǎng)出了血管和神經(jīng)等結(jié)構(gòu)。器官移植報(bào)告作者之一、韋克福雷斯特大學(xué)再生醫(yī)學(xué)學(xué)院學(xué)者安東尼·阿塔拉說(shuō)，將兩種材料結(jié)合的打印過(guò)程以及組織結(jié)構(gòu)中的微小通道，為人造器官中的細(xì)胞存活、組織生長(zhǎng)提供了適當(dāng)環(huán)境。ITOP的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是，能夠通過(guò)計(jì)算機(jī)斷層掃描及核磁共振成像技術(shù)為患者“量身定制”要移植的器官組織。比如一個(gè)患者需要接受耳朵移植，這一系統(tǒng)能夠根據(jù)成像數(shù)據(jù)打印出尺寸合適的人造耳朵供移植。
近些年，隨著3D打印技術(shù)的出現(xiàn)，器官移植所面臨的難題有可能被解決的。3D打印技術(shù)出現(xiàn)在上世紀(jì)90年代中期，實(shí)際是利用光固化和紙層疊等技術(shù)的快速成型裝置，是基于計(jì)算機(jī)三維數(shù)字成像技術(shù)和多層次連續(xù)打印的一種新興應(yīng)用技術(shù)。3D打印人造器官是以3D打印為基礎(chǔ)的以活細(xì)胞為原料打印活體組織的一種技術(shù)。研究表明，3D打印人造器官可以以自身的成體干細(xì)胞經(jīng)體外誘導(dǎo)分化而來(lái)的活細(xì)胞為原料，在體外或體內(nèi)直接打印活體器官或組織，因而將失去功能的器官或組織替換，某些程度上這就解決了移植供體不足問(wèn)題。所以，3D打印人造器官已在器官移植領(lǐng)域獲得了一定的成果，在骨骼、人造血管、皮膚、血管夾板、心臟組織和軟骨質(zhì)結(jié)構(gòu)等方面應(yīng)用而生。但3D打印人造器官技術(shù)仍然存在著一系列的技術(shù)問(wèn)題及安全問(wèn)題。
3D打印人造器官技術(shù)在國(guó)外的發(fā)展
3D打印人造器官技術(shù)，目前在國(guó)外快速的發(fā)展，使得制造、生物科學(xué)等方面的科研人員重視。韓國(guó)浦項(xiàng)科技大學(xué)的 Lee等，2009年使用微型SLA 技術(shù)在生物制造領(lǐng)域生產(chǎn)組織支架。英國(guó)諾丁漢大學(xué)教授Sawkins等制造出機(jī)械性強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)用于骨修復(fù)利用細(xì)胞和蛋白兼容3D 打印人造器官技術(shù)。哈佛大學(xué)工程與應(yīng)用學(xué)院教授Kolesky等，構(gòu)造出異構(gòu)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的血管基于生物3D打印技術(shù)。美國(guó)大力推動(dòng)3D打印人造器官技術(shù)的研發(fā)，如：三維乳房癌組織測(cè)試系統(tǒng)的研究、細(xì)胞打印應(yīng)用于創(chuàng)面修復(fù)的研究、基于細(xì)胞組裝的集成微肝臟模擬壯志的研究等。麻省理工學(xué)院(MIT)、美國(guó)德雷賽爾大學(xué)(Drexel)等研究機(jī)構(gòu)在細(xì)胞3D打印、器官打印等領(lǐng)域?qū)ｍ?xiàng)研究。部分醫(yī)療研究機(jī)構(gòu)及公司利用3D打印人造器官技術(shù)打印出動(dòng)脈、心肌組織、肺臟、腎臟等人體器官。Lee科研組制備了3D打印水凝膠管道模型，內(nèi)徑為1 mm，形成了微血管床成功誘導(dǎo)周?chē)?xì)血管。Koch等，研究證實(shí)了3D打印技術(shù)用于皮膚組織再生的可行性，將負(fù)載成纖維細(xì)胞與角化細(xì)胞的膠原為原料。1.3D打印人造器官技術(shù)在國(guó)內(nèi)的發(fā)展
3D打印人造器官技術(shù)在國(guó)內(nèi)迅速的發(fā)展，與國(guó)際水平相比上下。徐銘恩團(tuán)隊(duì)來(lái)自杭州電子科技大學(xué)自主研發(fā)出一臺(tái)生物材料3d打印機(jī)，較小比例的人類(lèi)耳朵軟骨組織、肝單元等現(xiàn)已在這臺(tái)打印機(jī)上成功打印出。該研究成果被國(guó)際最具有影響力的期刊Biomaterials評(píng)為2012年在3D打印人造器官領(lǐng)域的最高水平。Hsieh等為中國(guó)臺(tái)北國(guó)立臺(tái)灣大學(xué)分子科學(xué)與工程學(xué)院的，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)修復(fù)的應(yīng)用是利用溫敏生物材料載神經(jīng)干細(xì)胞結(jié)合3D打印人造器官技術(shù)。清華大學(xué)徐弢等打印了動(dòng)物心臟，是利用心肌細(xì)胞和生物材料模擬。發(fā)現(xiàn)打印出的細(xì)胞能夠有節(jié)奏地跳動(dòng)，提示打印出的器官可以具有一定的功能，還將羊水中提取的干細(xì)胞進(jìn)行3D打印，并加入骨系分化因子，獲得了活性的骨組織。除此之外，千人計(jì)劃國(guó)家特聘專(zhuān)康裕建團(tuán)隊(duì)利用Rollovesseller3D打印平臺(tái)，將含有種子細(xì)胞、生長(zhǎng)因子和營(yíng)養(yǎng)成分等組成的“生物墨汁”，其他材料結(jié)合層層打印出產(chǎn)品，打印經(jīng)培育處理后，形成組織結(jié)構(gòu)并具有生理功能;同時(shí)，發(fā)明生物打印的核心技術(shù)生物的專(zhuān)利，即一種新型的精準(zhǔn)的具有仿生功能的干細(xì)胞培養(yǎng)體系。國(guó)內(nèi)3D打印人造器官技術(shù)快速的發(fā)展，已在細(xì)胞、器官、醫(yī)療植入體等不同領(lǐng)域應(yīng)用而生。
2.3D打印人造器官技術(shù)取得的成就
目前，由3D打印人造器官技術(shù)打印出來(lái)的器官組織，會(huì)存在結(jié)構(gòu)上非常不穩(wěn)定、過(guò)于脆弱的缺點(diǎn)，無(wú)法用于外科移植手術(shù)。并且這些成品缺乏血管構(gòu)造、尺寸也偏小，即便移植，器官也不容易獲取氧和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，很難存活。
就上述存在的缺點(diǎn)，美國(guó)韋克福雷斯特大學(xué)再生醫(yī)學(xué)學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)改進(jìn)了現(xiàn)有3D打印人造器官技術(shù)，開(kāi)發(fā)出“組織和器官集成打印系統(tǒng)”(ITOP)。這一新開(kāi)發(fā)的3D打印人造器官系統(tǒng)，可將含有活性人體或動(dòng)物細(xì)胞的水基凝膠與可生物降解的聚合材料結(jié)合作為打印材料，有助于人造器官形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。這一系統(tǒng)還能在人造器官中打印出許多類(lèi)似血管的微小通道。器官組織移植到動(dòng)物身上后，可通過(guò)這些通道獲取氧和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，這是保證器官移植后存活的關(guān)鍵。一段時(shí)間后，血管會(huì)逐漸在人造器官中生長(zhǎng)，取代微型通道。
為驗(yàn)證效果，研究人員將打印的人造耳朵、肌肉纖維和顎骨移植到小鼠身上。一段時(shí)間后，這些人造器官組織都成功存活下來(lái)，并長(zhǎng)出了血管和神經(jīng)等結(jié)構(gòu)。器官移植報(bào)告作者之一、韋克福雷斯特大學(xué)再生醫(yī)學(xué)學(xué)院學(xué)者安東尼·阿塔拉說(shuō)，將兩種材料結(jié)合的打印過(guò)程以及組織結(jié)構(gòu)中的微小通道，為人造器官中的細(xì)胞存活、組織生長(zhǎng)提供了適當(dāng)環(huán)境。ITOP的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是，能夠通過(guò)計(jì)算機(jī)斷層掃描及核磁共振成像技術(shù)為患者“量身定制”要移植的器官組織。比如一個(gè)患者需要接受耳朵移植，這一系統(tǒng)能夠根據(jù)成像數(shù)據(jù)打印出尺寸合適的人造耳朵供移植。
研究人員說(shuō)，他們?cè)谠囼?yàn)中使用過(guò)人類(lèi)細(xì)胞及兔子、老鼠等動(dòng)物的細(xì)胞進(jìn)行人造器官組織打印，都取得了不錯(cuò)的效果。目前，這項(xiàng)技術(shù)還處于早期試驗(yàn)階段，需進(jìn)一步改善，以便未來(lái)能用患者的細(xì)胞打印出真正可用于外科移植手術(shù)的人造器官。
(責(zé)任編輯：admin)
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