2017年9月21日
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什么是生物打印(下)

再生支架和骨骼

一个以制造即需即用人体器官为长远目标的研究团队已进一步研制出了名为 Envisiontec Bioplotter 的生物打印机。与Organovo 的 NovoGen MMX 打印机类似,这台打印机打印生物墨“组织球状体(tissue spheroids)”以及包括纤维和胶原蛋白水凝胶(fibrin and collagen hydrogels)在内的支架材料。除此之外,这台打印机还可以打印多种生物材料,包括可生物降解的聚合物和陶瓷,用于支撑和帮助形成人造器官,这些材料甚至还可能作为生物打印中骨骼的替换材料。

说起骨骼,由哥伦比亚大学组织工程学和再生医学实验室(Tissue Engineering and Regenerative Medicine Lab)的Jeremy Mao 带领的一个团队正致力于研究生物打印在牙齿和骨骼修复中的应用。此前,他们生物打印了一个形似门牙的3D网状支架并成功把它移植到一只老鼠的颌骨上。这一移植以包含'stem cell-recruiting substances'的体积微小且互相连接的微管道(microchannels)为特点。仅仅9周之后,微管道开始促使牙周韧带生长并形成新的牙槽骨。将来,这项研究也许能够让人类装上有生命力的、生物打印的牙齿,或者打印出促使人体自身长出新牙齿的其他支架。

在另一个实验中,Mao 的团队把生物打印的支架移植到数只兔子的髋骨上,这些支架中也被灌入了生长因子。根据 The Lancet 的报告显示,在移植后的4个月里,所有兔子在网状物周围都长出了新的关节且功能健全。有几只兔子甚至在仅仅几周后就开始行走并且把重心放在新关节上。在下一个十年里,为人类患者装上能够促使新髋骨和其他骨骼生长的生物打印的支架也许会因此成为可能。来自华盛顿州立大学的一个团队有一个类似的研究,他们在近期也发布了一份研究成果报告。通过研究,该团队用3D打印机打印出一种类似于骨骼的材料,将来这种材料也许能够用于修复人类骨骼损伤。

原地生物打印

根据前文提到的研究进展,未来在实验室里通过培养病人自身细胞来生物打印器官将成为可能,这种发展可能会引发一场医学革命。尽管如此,其他人已经开始了进一步研究,尝试开发可以直 接在人体上或人体内部打印细胞的技术。在下一个10年里,医生们也许能够在扫描伤口后直接在上面喷上细胞层,让伤口得以迅速愈合。

skin printer 500x282 什么是生物打印(下) Organovo NovoGen MMX

由 Wake Forrest 医学院(Wake Forrest School of Medicine)的 Anthony Alata 带领的一个研究生物打印的团队已经研制出一种皮肤打印机(skin printer)。在最初的实验中,他们在老鼠身上做一些测试伤口并对伤口进行3D扫描,然后利用所得数据控制生物打印头在伤口上喷洒皮肤细胞、凝血剂和胶原蛋白。实验的结果非常鼓舞人心,2到3周后伤口便愈合了,而对照组则需要大约5到6周的时间。支持这项皮肤打印项目的部分资金来自美国军队,因为他们 非常希望原地生物打印(situ bioprinting)能够得到大发展,以帮助治疗战场上受伤的士兵。目前,这项研究工作仍然处于临床前期阶段,Alata 用猪来进行研究。然而,也许5年后他就可以在烧伤患者身上进行人体试验了。

用生物打印机原地修复人类身体的这种可能性相当令人兴奋。也许只要几十年,前端装有生物打印头的机械手术臂就能够伸入人体内部,在细胞层面修复损伤,并在离 开人体时修复进入时造成的伤口。当然,病人仍需要几天的时间来休息和疗养,让生物打印的材料与成熟的活体组织充分融合。不过,即使做了非常大的手术,大部分病人也可能不用一周就康复了。

在美容方面的应用

除了在洞眼手术中利用生物打印机修复病人体内器官,原地 生物打印也许还能应用于美容行业。比如,发明脸部打印机(face printers),根据病人的具体情况消除脸上原有的肉并同时用新细胞进行替换。因此,未来人们也许可以从互联网上下载一张脸部扫描然后把它应用到自己的脸上。或者,年轻人也可以扫描自己的脸部,每隔几年应用一次,这样就能永葆青春了。

face printer 550x203 什么是生物打印(下) Organovo NovoGen MMX

用激光慢慢烧掉脸上的细胞再重新打印排序,这个想法可能听起来像个任何人都不希望经历的噩梦。然而,就我们 所知,当下很多人会为了更小的美容效果在脸上挨刀子。当未来技术能够创造出脸部打印机时——更不必说那些能够打印新肌肉从而省去锻炼麻烦的打印机——这些打印机很可能因此找到属于自己的市场。

生物打印的影响

当生物打印机进入医学应用领域时,我们可以根据每一个病人的具体情况来打印器官替代品。由于每一个器官替代品都是由病人自身细胞经培养后打印得到,器官移植排斥的风险会非常低。

和纳米技术、基因工程一样,生物打印技术也可能成为那些追求延年益寿的人的有力工具。医生、工程师和计算机科学家将会花更多的精力学习如何在最基本的细胞层控制活体组织,主流的生物打印技术将会不可避免地推动新型产业融合。

参考:http://www.explainingthefuture.com/bioprinting.html

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