《電子技術(shù)應用》
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生物3D打印大顯神通 醫(yī)藥領(lǐng)域遍地開花

2015-12-16

  近些年來,“3D打印”這個詞不時在多個媒體中出現(xiàn),當3D打印技術(shù)最初問世的時候,人們對它的期許更多在于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。而現(xiàn)在,隨著技術(shù)的不斷突破,它開始彰顯出更高的利用價值——在生物醫(yī)療領(lǐng)域大顯神通。3D打印,即快速成型技術(shù)的一種,它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ),運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料,通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。

  日常生活中使用的普通打印機可以打印電腦設(shè)計的平面物品,而所謂的3D打印機與普通打印機工作原理基本相同,只是打印材料有些不同,普通打印機的打印材料是墨水和紙張,而3D打印機內(nèi)裝有金屬、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”,是實實在在的原材料,打印機與電腦連接后,通過電腦控制可以把“打印材料”一層層疊加起來,最終把計算機上的藍圖變成實物。通俗地說,3D打印機是可以“打印”出真實的3D物體的一種設(shè)備,比如打印一個機器人、打印玩具車,打印各種模型,甚至是食物等等。之所以通俗地稱其為“打印機”是參照了普通打印機的技術(shù)原理,因為分層加工的過程與噴墨打印十分相似。這項打印技術(shù)稱為3D立體打印技術(shù)。

  3D打印與3D生物打印

  3D生物打印的核心技術(shù)是生物磚(Biosynsphere),生物磚并不是磚塊,也非方方正正之形,即是一種新型的精準的具有仿生功能的干細胞培養(yǎng)體系。它是以含種子細胞(干細胞、已分化細胞等)、生長因子和營養(yǎng)成分等組成的“生物墨汁”,結(jié)合其他材料層層打印出具有生物活性的產(chǎn)品,再經(jīng)培育處理,形成有生理功能的組織結(jié)構(gòu)?!八幸粋€殼,這個殼不是簡單的雞蛋殼,而是有功能,可生物降解、具有力學強度和抗機械損傷能力。而里面是細胞生長因子和成千上萬種的營養(yǎng)成分。3D生物打印,截然不同于工業(yè)3D打印,兩者根本性的區(qū)別在于活性。即3D生物打印是打印出含有細胞成分并具有生物學活性的產(chǎn)品。

  Stratasys 3D打印血管模型助腦部動脈瘤手術(shù)成功實施

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  Stratasys /Ltd.是全球3D 打印的領(lǐng)先企業(yè),引領(lǐng)3D打印的個人應用、原型制作、直接制造與3D打印材料的發(fā)展。3D打印的人體組織模型正在越來越多地被用于外科手術(shù)。最近,紐約州的Teresa Flint女士就在3D打印血管模型的幫助下,成功完成了一次高風險的腦部手術(shù),從而擺脫了動脈瘤的威脅。

  這次手術(shù)是由雅克布研究所(JI)、Kaleida研究所的醫(yī)生、Buffalo大學的生物工程師聯(lián)合完成的,至于重要的3D血管模型則是由3D打印巨頭Stratasys采用他們有名的PolyJet技術(shù)制作的。該模型可令醫(yī)生很好地識別血管結(jié)構(gòu),從而在手術(shù)前就制定出完美的方案。

  3D生物打印令器官再造成可能

  近年來,世界范圍的頂尖科研團隊先后利用3D生物打印技術(shù)開始進行人類肝臟、脊椎、心臟等器官的移植嘗試。有觀點認為,3D打印是解決健康產(chǎn)業(yè)個性化需求和規(guī)模化制造二者矛盾的方案之一。3D生物打印在提升現(xiàn)有醫(yī)療技術(shù)水平,比如個性化醫(yī)療方面,會大有作為。實際上,國務院發(fā)布的《中國制造2025》也明確指出,實現(xiàn)生物3D打印,誘導多能干細胞等新技術(shù)的突破和應用。

  3D生物打印興起 未來無需器官移

  四川藍光英諾生物科技股份有限公司(下稱藍光英諾)董事長任東川較常人更早得知,Aprecia Pharmaceuticals公司宣布FDA(美國食藥監(jiān)局)于8月3日批準其3D打印藥物Spritam(該藥屬于速溶性藥片,用于治療癲癇癥)。這似乎意味著短短數(shù)年光景,3D打印產(chǎn)品已逐漸從“使用”步入“服用”階段。

  藍光英諾正在做的就是代表著3D打印最高階層的生物打印。“這項技術(shù)的核心是生物磚。即一種新型的、精準的、具有仿生功能的干細胞培養(yǎng)體系?!笨翟=ㄕf,“因為直接取自每一個體的人體干細胞,修復、替換個體本身病變組織的異體排斥性不復存在,同時其結(jié)構(gòu)和功能性匹配更佳,術(shù)后恢復等環(huán)節(jié)將變得更易被接受和順暢。這是個性化定制健康的最高境界。”

  3D打印何時用于器官移植 專家回應至少需10-15年

  3D打印要用于器官移植、細胞培育還要多久?在20日青島舉行的世界3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)論壇上,這一問題最令人感興趣。

  所謂3D打印,又稱三維打印,即通過專門打印機,采用分層加工、疊加成型的方式逐層增加材料,“打印”出實物。目前,該打印技術(shù)已在生物醫(yī)藥領(lǐng)域初顯身手:打印牙齒、骨骼甚至腫瘤的立體模型用于輔助診療,都已有成功先例。

  但美國Drexel大學教授Jack Zhou表示,雖然3D打印目前在生物醫(yī)藥領(lǐng)域“遍地開花”,但是,一旦運用該項打印技術(shù)制成的物體要植入人體,必須經(jīng)過大量細胞培養(yǎng)和試驗,來確保其能夠在人體存活。但人體組織之復雜,遠非現(xiàn)在的技術(shù)能夠駕馭。

  此外,3D打印使用的材料會否在長期使用中產(chǎn)生副作用,會否因與人體組織發(fā)生化學反應而產(chǎn)生毒素,都有待觀察。


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