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生物3D打印新進(jìn)展

供稿人:梁紅濤,賀健康   發(fā)布日期:2017-07-16

器官移植是當(dāng)前解決組織器官缺陷的一種常用手段,但是這種傳統(tǒng)的醫(yī)療方法存在著捐獻(xiàn)數(shù)量少、術(shù)后排異明顯等缺點(diǎn)。生物3D打印作為一種新的制造手段以其個(gè)性化制造、相容性高等優(yōu)點(diǎn),為組織器官的制造提供了可能。

?但是傳統(tǒng)的生物3D打印方法存在著結(jié)構(gòu)完整性不高、難以實(shí)現(xiàn)組織內(nèi)部血管化等缺點(diǎn),因此很難真正應(yīng)用于臨床中。近日美國(guó)威克森林大學(xué)Hyun-Wook Kang團(tuán)隊(duì)利用自己開(kāi)發(fā)的3D打印軟件與設(shè)備,以犧牲材料為支撐、PCL纖維和凝膠相間打印的新方法,克服了上述缺點(diǎn),成功打印出多種組織器官。可以說(shuō)是生物3D打印技術(shù)上的一大突破,文章發(fā)表在《Nature biotechnology》上,得到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。

圖1 設(shè)備的概況以及制造流程描述

如圖1所示,該設(shè)備有多個(gè)噴頭,能實(shí)現(xiàn)多種材料的按需打印。材料A、B為混有不同細(xì)胞的水凝膠;材料S為種具有生物相容性的犧牲材料,在打印過(guò)程中可以起到支撐作用,并且經(jīng)過(guò)后處理可以“清洗”掉,因此可以精確實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的打?。涣硪环N材料為融熔的PCL,它也是一種生物相容性好的材料,它不但對(duì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和韌性都促進(jìn)作用,而且通過(guò)PCL纖維與凝膠的相間排布,可以在結(jié)構(gòu)內(nèi)部留下孔隙,以供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和氧氣的運(yùn)輸,實(shí)現(xiàn)內(nèi)部組織血管化的目的。該團(tuán)隊(duì)就利用這種設(shè)備從光學(xué)影像中提取3D模型開(kāi)始,然后導(dǎo)入設(shè)備軟件中定義打印參數(shù)等數(shù)據(jù)后,便能實(shí)現(xiàn)三維結(jié)構(gòu)的打??;最后對(duì)打印成型的三維構(gòu)進(jìn)行后處理就能形成預(yù)期的結(jié)構(gòu),整個(gè)打印流程如圖1中c所示,該模型為人的“耳朵”。

圖2 植入1月后“耳朵”整體與微觀結(jié)構(gòu)

如圖2所示,將打印的“耳朵”植入小鼠背部后,經(jīng)過(guò)1月后,“耳朵”形態(tài)依然保持良好,并且長(zhǎng)出新的軟骨結(jié)構(gòu),在組織內(nèi)部實(shí)現(xiàn)血管化。

該課題組利用該方法還進(jìn)行了其他組織器官的制造,如下圖所示,通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,均狀況良好。

圖3 下頜骨
圖3 顱骨

該團(tuán)隊(duì)所做工作,為進(jìn)一步制造人體組織器官奠定了基礎(chǔ)。相信隨著生物3D打印技術(shù)的發(fā)展,我們離人造組織器官的目標(biāo)會(huì)越來(lái)越近,目前器官移植所面臨的問(wèn)題終將會(huì)得到解決。

參考文獻(xiàn):

  1. Hyun-Wook Kang,Sang Jin Lee,In Kap Ko,Carlos Kengla. A?3D?bioprinting?system?to produce? human-scale?tissue?constructs?with?structural integrity[J].Nature biotechnology,2016?,34?(3)?:312.
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