發(fā)布日期：2017-05-26

本文中，小編整理了近年來相關(guān)的研究報(bào)道，共同解讀科學(xué)家如何利用3D打印技術(shù)來改善人類健康！

【1】3D打印卵巢具有生育能力

想一想3D打印的皮膚、耳朵、骨支架和心臟瓣膜，3D打印的愛好者會(huì)說，這種技術(shù)有產(chǎn)生醫(yī)學(xué)革命的潛質(zhì)。如今，由凝膠制成的人工卵巢能夠使老鼠受孕并產(chǎn)下健康的后代。研究人員表示，這種工程化的卵巢總有一天能夠幫助因放療或化療導(dǎo)致不育的癌癥幸存者恢復(fù)生育能力。

并未參與該項(xiàng)研究的美國比佛頓市俄勒岡國家靈長類動(dòng)物研究中心生殖科學(xué)家Mary Zelinski表示，這項(xiàng)“具有里程碑意義的研究成果”是“關(guān)于生殖系統(tǒng)組織的生物工程應(yīng)用的一個(gè)重要進(jìn)展”。

在這項(xiàng)研究中，科學(xué)家使用了一個(gè)具有發(fā)射凝膠噴嘴的3D打印機(jī)，而其所使用的凝膠來源于動(dòng)物卵巢中天然存在的膠原蛋白。研究人員通過在載玻片上打印各種重疊的凝膠纖維圖案來構(gòu)建卵巢，這就像用林肯積木造房子一樣，只不過是在一個(gè)更小的規(guī)模上——每一個(gè)腳手架據(jù)測量只有15毫米×15毫米大小。

【2】Circulation Res：重磅！3D打印補(bǔ)丁或有望修復(fù)心臟病患者受損的心臟

DOI：10.1161/CIRCRESAHA.116.310277

近日，發(fā)表在國際雜志Circulation Research上的一篇研究報(bào)告中，來自明尼蘇達(dá)大學(xué)等機(jī)構(gòu)的研究人員通過研究開發(fā)出了一種具有革命性的3D生物打印補(bǔ)丁，其能夠幫助修復(fù)心臟病發(fā)作后患者的出現(xiàn)疤痕的心臟組織，該研究對于后效治療心臟病發(fā)作患者機(jī)體的組織損傷非常關(guān)鍵。

據(jù)美國心臟協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)顯示，心臟病是引發(fā)美國人死亡的頭號兇手，其每年會(huì)引發(fā)超過36萬人死亡；在心臟病發(fā)作期間，患者機(jī)體的血流往往不會(huì)泵入到心臟肌肉中，從而就會(huì)引發(fā)心臟細(xì)胞死亡；我們的機(jī)體無法替換掉這些心肌細(xì)胞，因此機(jī)體的心臟中就會(huì)形成疤痕組織，從而就會(huì)使得患者處于心臟功能受損以及未來暴發(fā)心力衰竭的風(fēng)險(xiǎn)之中。

這項(xiàng)研究中，研究人員利用基于激光的3D生物打印技術(shù)將衍生自成體心臟細(xì)胞的干細(xì)胞摻入到了一種特殊支架中，這種干細(xì)胞就能夠在特殊支架生長，并且在實(shí)驗(yàn)室的培養(yǎng)皿中還可以實(shí)現(xiàn)同步跳動(dòng)。當(dāng)將細(xì)胞補(bǔ)丁置于模仿心臟病發(fā)作的小鼠模型機(jī)體中時(shí)，研究者發(fā)現(xiàn)在接下來四周時(shí)間里小鼠機(jī)體的心臟功能發(fā)生了明顯的增加，由于這種補(bǔ)丁是由心臟中土生土長的結(jié)構(gòu)蛋白和細(xì)胞組成，其會(huì)轉(zhuǎn)變成為心臟中的一部分并且被機(jī)體所吸收，這樣就可以讓患者免于手術(shù)了。

【3】3D打印器官，離我們還有多遠(yuǎn)？

擁有了3D生物打印機(jī)，就如同換掉機(jī)器上的老舊零件，我們將無需為尋找稀缺的捐獻(xiàn)器官而擔(dān)心；實(shí)現(xiàn)了人工智能，機(jī)器能夠勝任一些通常需要人類智能才能完成的復(fù)雜工作，面對可能存在的威脅與挑戰(zhàn)，人類的發(fā)展或許又將迎來新的紀(jì)元；建立了量子通信網(wǎng)絡(luò)，基于量子信息傳輸?shù)母咝Ш徒^對安全性，更多的將享受到新一代通信技術(shù)可能帶來的新變化……

隨著科技的發(fā)展，很多以前只能天馬行空般出現(xiàn)在科幻小說和電影中的場景，已不再是天方夜譚。今日起每兩周，本刊將向您展示最新的、讓人腦洞大開的前沿科技，探討先鋒科技的產(chǎn)業(yè)生態(tài)以及各類最炫酷的創(chuàng)新產(chǎn)品。

試想一下，你身上的某個(gè)器官或者組織出現(xiàn)了狀況，你正擔(dān)心能否找到稀缺的捐獻(xiàn)器官。這時(shí)候，醫(yī)院用3D生物打印機(jī)打印出一個(gè)全新的器官移植到你體內(nèi)，就像換掉一個(gè)機(jī)器上的老舊零件一樣簡單……借助于科技的發(fā)展，這個(gè)以前只能出現(xiàn)在科幻小說和電影中的場景，已經(jīng)不是天方夜譚。

【4】Lab on a Chip：科學(xué)家利用3D打印技術(shù)成功制造出人工血管

doi：10.1039/C4LC00030G

血管在我們機(jī)體中迂回曲折，其承擔(dān)著運(yùn)輸必要營養(yǎng)物質(zhì)排出有毒廢物的機(jī)能，為我們機(jī)體器官的正常工作保駕護(hù)航，長期以來開發(fā)新型人工血管一直是個(gè)難題，近日，來自布萊根婦女醫(yī)院的科學(xué)家通過利用3D打印技術(shù)成功地構(gòu)建出了人工血管，相關(guān)研究成果刊登于國際雜志Lab on a Chip上。

生物工程學(xué)家Ali Khademhosseini博士表示，近年來我們在制造復(fù)雜的人工組織，比如人工心臟、肝臟以及肺臟等上取得了難以置信的成績，然而開發(fā)出人工血管依然是組織工程領(lǐng)域的一項(xiàng)關(guān)鍵挑戰(zhàn)；研究者們嘗試著通過結(jié)合3D打印技術(shù)開發(fā)特殊的血管水凝膠結(jié)構(gòu)來進(jìn)行深入研究。

這項(xiàng)研究中，研究者首先利用3D生物打印機(jī)開發(fā)出了一種瓊脂糖纖維模板來作為人工血管的模板，隨后用水凝膠覆蓋模板，形成一種鑄造模具，最后通過交聯(lián)技術(shù)來進(jìn)行加固；利用這種新型技術(shù)研究人員已經(jīng)成功構(gòu)建出了可以表現(xiàn)出建筑學(xué)特性的微通道網(wǎng)絡(luò)，隨后就可以用水凝膠來填滿微通道，比如甲基丙烯酸酯明膠或者基于不同濃度水凝膠類的多聚物。

 

【5】美國西北大學(xué)開發(fā)出3D打印可定制血管支架

近日，來自美國西北大學(xué)的兩位科學(xué)家Guillermo Ameer和孫成共同合作，使用3D打印技術(shù)開發(fā)出了能夠根據(jù)患者身體情況進(jìn)行定制的可生物降解彈性支架。

“當(dāng)下絕大多數(shù)的支架都是用金屬支撐的，只有現(xiàn)成的幾種尺寸可供選擇。”Ameer說，他是美國西北大學(xué)McCormick工程學(xué)院的生物工程教授兼Feinberg醫(yī)學(xué)院外科教授。“醫(yī)生們只能去猜哪種支架的尺寸正好適合保持血管開放。但是我們每個(gè)人都是不同的，最終的效果完全依賴于每個(gè)醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)，所以這不是最佳的解決方案。”

據(jù)了解，如果支架不合適的話，就有可能會(huì)在動(dòng)脈中移動(dòng)，干擾血液流動(dòng)，這有可能最終導(dǎo)致植入失敗。在這些情況下，醫(yī)生就必須以某種方式重新打開阻塞的支架或進(jìn)行旁路血管移植術(shù)。這是一個(gè)昂貴和高風(fēng)險(xiǎn)的過程。“通過3D打印具有能夠滿足患者血管對于精確幾何形狀和生物特性的要求的支架，我們預(yù)計(jì)可以最大限度地減少這些并發(fā)癥的概率。”

【6】PNAS：利用干細(xì)胞定制具有抗炎作用的3D打印軟骨

doi：10.1073/pnas.1601639113

為了不用手術(shù)就可以治療磨損發(fā)炎的髖關(guān)節(jié)，科學(xué)家們在類似髖關(guān)節(jié)股骨頭的3D支架上誘導(dǎo)干細(xì)胞進(jìn)行編程生長為新的軟骨，同時(shí)結(jié)合基因治療還可以激活新軟骨釋放抗炎分子防止關(guān)節(jié)炎復(fù)發(fā)。

該工作由華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究人員完成，發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊PNAS上。

這項(xiàng)技術(shù)使用了一種3D可生物降解的合成支架，這種支架可以根據(jù)病人關(guān)節(jié)的準(zhǔn)確形狀進(jìn)行定制，再利用病人皮膚下脂肪組織中的干細(xì)胞誘導(dǎo)形成軟骨，將其覆蓋在3D支架上從而獲得新的關(guān)節(jié)軟骨。隨后將新軟骨植入發(fā)炎髖關(guān)節(jié)表面，用活組織重新覆蓋髖關(guān)節(jié)，從而消除關(guān)節(jié)炎疼痛，延緩甚至消除一些病人對關(guān)節(jié)替換手術(shù)的需要。

除此之外，研究人員還借助基因療法將一個(gè)基因插入到新生的軟骨細(xì)胞中，再用一種簡單藥物將其激活，該基因可以促進(jìn)抗炎分子的釋放進(jìn)而防止關(guān)節(jié)炎復(fù)發(fā)。“在有炎癥的時(shí)候，我們可以給病人一種簡單的藥物，激活我們植入的基因來降低關(guān)節(jié)部位的炎癥，這樣我們就可以在任意時(shí)候停止給藥來關(guān)閉基因的表達(dá)。”研究人員這樣說道。

【7】3D打印“迷你大腦” 解密寨卡病毒

寨卡，一種通過蚊蟲進(jìn)行傳播，癥狀與登革熱相似的病毒，目前已經(jīng)在美洲、非洲及亞洲等32個(gè)國家和地區(qū)大規(guī)模傳播。

2015年春天，巴西確診第一例寨卡病毒感染，之后病毒開始在南美洲快速蔓延暴發(fā)，自此，寨卡病毒再次進(jìn)入人類視野。盡管目前尚未發(fā)現(xiàn)寨卡病毒對一般成人有致命危害，但是孕婦一旦感染，部分新生兒將會(huì)在出生20小時(shí)內(nèi)死于小頭畸形。

目前世界上仍未研發(fā)出能夠有效對抗寨卡病毒的疫苗，這是最讓研究人員感到擔(dān)心的事情，因此今年2月1日世界衛(wèi)生組織將寨卡病毒列為國際醫(yī)療緊急事件之一。到目前為止，感染最嚴(yán)重的巴西感染人數(shù)約為150萬人，其中已有3500例新生兒小頭癥病例，而一些新生兒因?yàn)樾☆^畸形問題嚴(yán)重而死亡。

但是最近，寨卡病毒的研究有了突破性的進(jìn)展。4月22日，在美國工作的多名華人科學(xué)家在新一期美國《細(xì)胞》雜志上宣布，他們借助3D打印“造屋”技術(shù)，培育出了一種低價(jià)的“迷你大腦”，可用于研究寨卡病毒如何引起新生兒小頭癥和其他出生缺陷。

【8】Biomaterials：3D打印腦組織  可研究腦疾病

doi：10.1016/j.biomaterials.2015.07.022

大腦是一個(gè)極其復(fù)雜的機(jī)體結(jié)構(gòu)，其擁有大約86億的神經(jīng)細(xì)胞，目前研究者所面臨的挑戰(zhàn)就是創(chuàng)建一種臺(tái)式腦組織，這樣研究者就可以對大腦的結(jié)構(gòu)進(jìn)行精細(xì)化研究了。近日一篇發(fā)表在國際雜志Biomaterials上的一項(xiàng)研究報(bào)告中，來自國外的研究人員通過模擬腦組織的結(jié)構(gòu)開發(fā)出了一種摻入神經(jīng)細(xì)胞的新型3D打印層狀結(jié)構(gòu)。

臺(tái)式腦組織的價(jià)值非常巨大，許多醫(yī)藥公司都花費(fèi)了數(shù)百萬美元來檢測治療性藥物對動(dòng)物模型的反應(yīng)，目的就是在臨床試驗(yàn)中來證實(shí)新型藥物的多種作用，但他們并不確定人類的大腦和動(dòng)物大腦到底差異性有多大?？梢跃_反應(yīng)真實(shí)大腦組織的臺(tái)式腦組織或許不僅可以幫助研究藥物效應(yīng)，而且還能幫助研究大腦障礙的發(fā)病機(jī)制，比如精神分裂癥或神經(jīng)變性的腦部疾病等。

研究者Gordon Wallace說道，我們在開發(fā)臺(tái)式腦組織上的努力對于深入探究腦組織功能，同時(shí)開發(fā)新型藥物實(shí)驗(yàn)性檢測手段非常重要；我們距離打印大腦的目的還很遠(yuǎn)，但使得重排細(xì)胞的能力或可形成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；為了制造產(chǎn)生6層腦組織結(jié)構(gòu)，研究人員開發(fā)出了含有天然碳水化合物材料的生物墨水，這種材料具有特殊性，即可以使得細(xì)胞在結(jié)構(gòu)組織上精確地分散，并且為細(xì)胞生長提供保護(hù)性屏障。

 

【9】日本研究使用3D打印技術(shù)生產(chǎn)血管等復(fù)雜組織

目前，在再生醫(yī)療領(lǐng)域，日本多家科研機(jī)構(gòu)在研究使用3D打印技術(shù)生產(chǎn)血管等復(fù)雜組織。佐賀大學(xué)將iPS細(xì)胞（人體誘導(dǎo)多功能干細(xì)胞）培育出的細(xì)胞群打印成管狀結(jié)構(gòu)，制成血管。京都大學(xué)利用3D打印技術(shù)制成包裹著神經(jīng)的筒狀組織，并將其移植到實(shí)驗(yàn)鼠身上，實(shí)現(xiàn)了神經(jīng)的再生。日本政府預(yù)計(jì)到2020年前后，ips細(xì)胞將可用于治療心臟病等疾病，正在加緊掌握與人體組織形狀相近的人造立體組織移植技術(shù)。

ips細(xì)胞不僅被用于治療眼部的疑難病癥，未來還可能被用于治療心力衰竭和脊髓損傷。在培育用于移植治療的長血管和立體內(nèi)臟時(shí)，管狀和袋狀的組織結(jié)構(gòu)常需要使用很多細(xì)胞。研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，既然3D打印技術(shù)的原理是層層疊加樹脂材料打印成立體作品，如果用細(xì)胞代替樹脂，也可以打印出立體的組織。

佐賀大學(xué)教授森田茂樹的研究團(tuán)隊(duì)將人類ips細(xì)胞培養(yǎng)出可發(fā)育成血管的細(xì)胞群，并在多排細(xì)針組成陣列的微型基座上層層串起細(xì)胞，最后打印出長2厘米，直徑5毫米的管狀結(jié)構(gòu)。

【10】世界上首例3D打印藥物問世

原文報(bào)道：The world's first 3D-printed drug has just been unveiled

毫無疑問，3D打印技術(shù)正在改變整個(gè)世界。從工業(yè)生產(chǎn)到設(shè)計(jì)，醫(yī)藥以及電力，這一技術(shù)對產(chǎn)品產(chǎn)生了革命性的推動(dòng)作用。它將曾經(jīng)昂貴且不易獲得的產(chǎn)品變得廉價(jià)而又普遍。

因此，我們對Aprecia制藥公司剛剛發(fā)布的一項(xiàng)聲明也不會(huì)感到意外。根據(jù)《Science News Journal》的報(bào)道，Aprecia藥業(yè)成為首個(gè)利用3D打印技術(shù)生產(chǎn)藥物的企業(yè)，它們首次通過這一方法生產(chǎn)的藥物叫做"Spritam"，主要用于治療羊癲瘋。

目前，該藥物不僅被成功打印出來，而且得到了FDA的批準(zhǔn)，目前該藥物已經(jīng)在美國上市。（生物谷Bioon.com）

來源：生物谷