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3D打印机织出
试想一下,假如你身上的某个器官或组织出现了状况,你正担心能否找到稀缺的捐献器官,这时医院用3D生物打印机打印出一个全新的器官,并移植到你的体内,就像换掉机器上一个老旧零件般简单……近日,美国的一家公司就开发出了全球第一款人类组织3D打印机器人“BioAssemblyBot”,不仅能制造生物医学材料,甚至还可以制造人类器官.
借助科技的发展,原本以前只能出现在科幻电影中的场景,也许不再是天方夜谭.
3D生物打印技术分四个层次
河北科技大学机械工程学院副院长杨光教授介绍,3D生物打印就是一种以计算机三维模型为基础,通过软件分层离散和逐层数控成型的方法,定位装配各类可用于生物体的材料或活细胞,制造人工植入支架、组织器官等生物医学产品.
和常规的3D打印技术不同,目前最前沿的3D生物打印是一种跨学科、跨领域的新型再生医学工程技术.
“3D生物打印是生物3D打印的最高层次.”杨光解释道,3D生物打印在材料、方式和目标等方面与一般物品的3D打印都有显著区别.它要求最终产物能生长并植入生命体,所采用的材料是用来作为细胞生长支架的水凝胶和各类生长细胞,打印方式也比较少.
“根据打印材料、生物学性能和应用情况,3D生物打印技术可分为四个层次,而离人体越近,应用难度越大.”杨光表示.
第一层次是体外应用,也就是如手术导板和外固定物这类体外模型、辅具的打印,它们可用于制造个性化体外器官模型,帮助医生进行手术规划、假肢设计等.因无需放置在身体内部,所以这类打印对材料的生物相容性要求不高.
“随后科学家开始探寻离人体更近一步的第二层次打印技术,即可植入体内的各类器械和假体,使用的材料具有良好的生物相容性.”杨光解释道,这类打印产物的代表是各种骨替代物、关节、种植体、内固定物等,材料主要有陶瓷、钛合金等.
第三层次打印的是可降解的植入物,材料具有优良的生物相容性、生物活性,可以降解并被人体吸收,还可帮助细胞、神经等组织生长,目前主要用来制造植入人体内的组织支架.
最接近人体的第四层次则是器官的打印,即直接以活性细胞、蛋白或其他细胞的基质为材料,来打印出仿生的细胞三维结构体,使其在接近人体内的三维环境里生长.
部分“活”器官已成功打印
而活体组织、器官的打印需要特殊的材料.“过程很像做葱油饼,不同的是做葱油饼需要铺一层面粉铺一层葱铺一层芝麻,打印组织和器官则是把材料、细胞、生长因子一层一层撒上去,最终变成肝脏、心脏、血管等.”杨光表示,3D生物打印技术具有快速性、准确性及个性化的特点,在医疗卫生领域有着广阔的应用前景,近年来已逐渐成为各国科学家关注的焦点.
仅2016年以来,研究人员已经打印出卵巢、软骨、血管等“活”器官,有的还在动物身上移植成功.
软骨是位于关节和脊椎之间的一种柔软的结缔组织,这种组织受到损伤之后很难修复.2016年5月,来自伦敦帝国理工学院的研究人员利用3D生物打印技术打印出一种特定结构,并利用这一结构来促进软骨细胞在关节内形成和生长.不过该技术仍处在实验室测试阶段,如何通过手术植入人体,还有待进一步研究.
我国在3D生物打印技术领域也没有落后.2016年12月,中组部首批“千人计划”国家特聘专家康裕建教授团队成功实现将3D生物打印的血管植入恒河猴体内.目前该研究团队已完成30只恒河猴3D生物打印血管体内植入实验,实验动物术后存活率为100%.
除此之外,科学家们还3D打印出耳朵、骨头和肌肉组织,甚至还用心肌细胞和生物材料模拟打印出了动物心脏.
前景虽好但不能任意使用
国家食品药品监督管理总局注册认证的3D打印人工椎体研究团队负责人、北京大学第三医院骨科主任刘忠军等专家认为,3D打印在现阶段属于新兴技术,目前世界各国在3D打印医疗科技创新产品的研发领域处于同一平台高度.
3D打印作为一个跨学科的新兴领域,在医疗上的应用不仅涉及医学,还可能涉及化学、物理、计算机、自动化等学科,目前还需要更充分地融合.到目前为止,在3D打印器面,出现了很多“半成功”案例.之所以说“半成功”,是因为它们大多数无法正常工作,或者仅仅只能存活几天时间.
3D打印技术在医疗领域的初步应用已颠覆了人们对现有医疗的认识,不少国家也投入大量人力物力发展该技术在医疗领域的应用,但医疗安全不可忽视.目前3D打印产品主要为应用于人体或长期植入人体的辅助工具,打印材料有塑料类、金属类及生物材料等多种,一旦应用失当,可能危及患者生命,造成医疗事故.北京工业大学激光工程学院教授陈继民表示,目前的医疗行业应用到3D打印的仅仅是“皮毛”,误差风险依然存在.中国工程院院士戴尅戎说：“3D打印应用于医学还只是开始,在发展过程中要非常小心,做好监管工作,不能轻易打印出个东西就往身上装.3D打印的前景无比美好,但我们不能任意使用.”
此外,多位业内专家提出,3D打印科技创新产品制作工艺较新,目前尚缺乏相应评估标准,传统评审模式难以对其作出科学、客观、合理的评价,这些因素使3D打印医疗科技创新产品在审批过程中遇到严重阻碍.有专家提出,要成立专门机构,审批3D打印医疗科技创新产品.（据河北日报、北京日报）※
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