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西点军校:论战场上生物3D打印技术的发展

时间:2020-02-28 09:31 来源:中国3D打印网 作者:中国3D打印网 阅读:
极光尔沃
        中国3D打印网2月28日讯,去年夏天,美国陆军中尉Jason Barnhill带着坚固的3D打印机和其他可用于生物制造以用于现场医疗的基本用品(例如人间充质干/基质细胞(hMSCs))前往非洲一个未公开的沙漠地区。目的是使用生物3D打印机如何加快愈合伤口,甚至为战斗中受伤的部队更换受损的组织。
杰森·巴恩希尔(Jason Barnhill)和生物3D打印机
  杰森·巴恩希尔(Jason Barnhill)和生物3D打印机,可以为战场上受伤的士兵更换受损的组织。图片:军事卫生系统/西点军校
        美国军事学院西点化学与生命科学系生命科学计划主任巴恩希尔(Barnhill)领导一个项目团队,由一群学员进行实验,以推动该领域的生物3D打印技术的研究,最终目标是开发用于为现场或医疗点附近的士兵创造伤口愈合生物制剂,绷带等。据美国陆军新闻报道,位于纽约西点的美国军事学院的26名一流学员正在对七个不同项目进行生物打印研究:两个团队正在研究烧伤和现场护理的生物绷带;另外两个小组正在研究如何对血管进行生物工程改造,以使需要血液来源的其他生物打印物品(例如器官)能够存活下来;一个小组正在研究可行的半月板使用,而另一个小组正在研究肝脏组织打印。
    “这很大程度上与我们要使用的生物墨水有关,如果您愿意的话,我们到底要使用哪种材料作为我们的打印机墨水。” 2020级学员艾伦·龚(Allen Gong)解释说,他是生命科学专业半月板项目的研究人员, “一旦我们拥有所需的3D模型,那么就可以将墨水正确地堆叠在一起。”艾伦·龚和他的队友们正在研究如何使用生物墨水创建一个可以植入士兵受伤膝盖的半月板,而其他学员正在寻求打印可以用来测试药物的肝脏,也许有一天可以消除短缺移植器官。这不是我们第一次听到美国陆军将生物印记用于再生医学,毕竟它们经常遭受外伤,导致四肢丧失,面部受伤和严重烧伤。部署的士兵每天都要面对战斗的危险。但是,能够立即使用专门为解决灾难性医疗伤害而创建的生物打印机,可能是许多人梦寐以求的解决方案。

       2014年,由美国国防部成立的武装部队再生医学研究所(AFIRM)的科学家广泛使用3D生物打印机进行皮肤修复研究;但陆军也正在积极开发人造3D打印心脏,血管和其他器官,以开发可定制的3D打印药物。巴恩希尔(Barnhill)在2019年由健康科学统一服务大学(USU)与美国西点军校合作进行的试点项目表明,具有生物制造能力的3D打印机可能会改变部署的战士获得护理的方式。在他的指导下,这台3D打印机成功地制造了许多产品,包括可立即使用的手术刀和止血钳(一种用于在手术过程中控制出血并能够抓持物体的手术工具),同时将它们锁定在适当的位置以固定组织或其他医疗用具。这些工具由可以现场消毒的材料制成,可减少实际使用中的感染机会。

       常见的战斗伤害包括二度和三度烧伤,骨折,弹片伤口,脑部损伤,脊髓损伤,神经损伤,瘫痪,视力和听力丧失,创伤后应激障碍(PTSD)和肢体丧失。这些伤害中的许多伤害都可以通过可定制的现场生物印刷机解决,但就目前而言,每个团队的学员都处于研究的开始阶段,然后才开始实际的印刷过程。从事半月板计划的另一名学员和生命科学专业的撒切尔·谢泼德(Thatcher Shepard)在美国陆军的一篇文章中表示:“在到达这一点之前[实际上植入他们打印的内容之前,肯定有一些飞跃。我们必须确保身体不会拒绝新的生物打印的弯月面和位置。这可能会有困难。目前,我们正试图制造一个可行的弯月面,然后,我们将进行进一步的研究,以便能够研究将其实际植入体内的方法。”
          他们声称,半月板团队从膝盖的磁共振图像(MRI)开始,并致力于建立半月板的3D模型,他们最终将能够打印该3D模型。该小组的大量研究工作将弄清楚如何以及何时将这些细胞植入正在打印的复杂细胞结构中。
西点化学与生命科学系的学员们
  西点化学与生命科学系的学员们(图片:西点)
          虽然产生器官和血管将是未来定制药物的巨大好处之一,但生物绷带团队的工作可能会在战斗中直接用于野外。美国陆军建议,其目标是能够从受伤的士兵中获取细胞,特别是一名遭受烧伤的士兵,并在其上打印出带有内置生物材料的绷带以迅速启动愈合过程。医务人员可能会在其前向作战基地中部署3D打印机,也可能将其与悍马一列发送,以使绷带可以在现场打印。“我们正在研究身体实际上是如何从烧伤中治愈的,”从事一项生物绷带项目的生命科学专业学生Channah Mills说。 “那么,我们可以采取哪些措施来加快这一进程?引入绷带可以启动康复过程。您恢复得越快,疤痕就越少,恢复的可能性就越大。”“站在生物技术的最前沿,看到生物工程的潜力,这真是令人惊讶。但是看到3D打印生物材料比塑料要复杂得多。”
       中国3D打印网点评:这些项目是建立在对无菌绷带进行印刷的现有研究基础上,然后添加生物工程元素。绷带上将印有愈合过程所需的特殊皮肤和干细胞。半数以上从事生物打印项目的学员计划从西点军校毕业后继续前往医学院学习。这项研究将在4月30日的学院年度项目日期间进行,对于未来的陆军医生来说,这是一个很好的起点,因为他们开始了解和研究一些可能会成为未来盟友的更复杂的技术,帮助他们治愈野外的士兵。

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(责任编辑:中国3D打印网)

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