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除了房子、汽车和飞机发动机 3D打印技术还可以打印人体器官

时间:2016-07-12 09:15 来源:界面 作者:中国3D打印网 阅读:
极光尔沃

图片来源:视觉中国

     随着3D打印技术的问世与成熟,其应用范围也越来越广阔。除了建筑工程、航空航天、汽车、牙科和医疗产业等行业,3D打印也开始应用于医学领域。

美国康奈尔大学生物工程师胡迪·利普森指出,未来3D打印的最高阶段是生物打印,也就是用人体的组织或者干细胞来做原料,打印出和人体原来一样的器官。

美国《大众科学》统计了目前可以通过3D生物打印制造完成的五种人体器官,包括耳朵、肾脏、血管、皮肤移植片和骨骼,但还未大规模投入临床使用。

首先,科学家需要对病人进行CT扫描得到患者身体的各个部位精确图像数据;接着通过计算机软件来分析结果,同时制作成出一张“产品图”;再将其打印出后放到培养器中,以便细胞与细胞之间能互相“融合”;打印完毕后的组织结构可直接被植入患者体内,其中的细胞在生长因子的调控下,重新组合、分化,最终形成新的组织和器官。

3D生物打印过程原理图。图片来源:中国科学院遗传与发育生物学研究所

据英国《每日邮报》报道,英国威尔士Morriston医院的整形外科医生们正在开发一种新的办法:用患者自己的细胞来进行3D打印器官。“我们正在试图使用人体细胞打印生物,并提供适当的环境和合适的时机,使它们成长为可以放入人体内的组织。它将重建人体缺失的身体部位,比如鼻子或耳朵的一部分,而且最终可以重建更大的部位,诸如骨骼、肌肉和血管等。”该医院的Iain Whitaker教授说。他表示,研究一旦成功,直接植入3D打印的产品后,将在两个月内将生成新的身体部位,甚至不需要从患者身体切下来坏器官再进行植入,这样众多不可治愈的疾病将有望得到治疗。

以3D生物打印耳朵为例,美国康奈尔大学的生物工程师们使用一副孩童耳朵的3D扫描图,在SolidWorks计算机辅助设计(CAD)程序的帮助下,设计出一个由七部分组成的模型,并分别打印出这些部分;随后将一种高密度的凝胶灌入该模型内,并在15分钟后将得到的“耳朵”移出并在细胞培养皿中培育,3个月后,这个培养出来的“耳朵”将可以取代原来耳朵。

3D打印耳朵的过程图。图片来源:英国科学网

想了解更多关于3D生物打印的知识,可以观看以下视频:

北京大学第三医院今年6月15日宣布,利用金属3D打印技术,用6个半小时左右时间为患有脊索瘤的袁先生成功植入世界首个金属3D打印定制19厘米长的人造脊椎,以替代此前被彻底切除的5节脊椎。患者术后生命体征平稳,出血量很少。

金属3D打印定制的人造脊椎。图片来源:北京第三医院官网

“成功装上人工脊椎的患者,今后可以与常人一样工作和生活。”3D打印人工椎体(金属3D打印人体植入物的统称)研究团队的负责人刘忠军说。今年5月,国家食品药品监督管理总局批准注册了中国首个金属3D打印人体植入物——人工椎体。他还解释人工椎体的特殊之处在于能被制成海绵状的微孔结构,类似人体骨头中的骨小梁(即骨皮质在松质骨内的延伸部分)。有了这种“骨小梁”,相邻正常脊椎的骨细胞可以长入其中,最终实现骨融合。

3D生物打印与金属打印的打印原理在本质上相同,不同之处在于,生物打印机的不同之处在于使用了生物材料,在其中可以复合细胞、生长因子等活性成分,逐层构建活体组织。

据中国国家计生委2014年统计的数据显示,中国平均每年需要器官移植的患者达30万名以上,但能完成器官移植的不及1/30。每天有20名等待中的患者因未能及时得到器官亡故。

人民网报道,2015年3D打印人工椎体研究团队曾研制出3D打印人工髋关节产品。目前,中国经批准注册的3D打印人体植入物产品仅人工脊椎和人工髋关节两个。

真实的人体髋关节与3D打印髋关节的对比。图片来源:人民网

在研发这款产品之前,一套国产的人工髋关节需要2万元左右,普通的进口人工髋关节在3万-4万元,目前一般3D打印人工髋关节的价格是1.5万左右,而且患者可以使用20年。

(责任编辑:中国3D打印网)

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