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皓天鑫
【中國(guó)智能制造網(wǎng) 本站原創(chuàng)】2017年，生物3D打印超越了醫(yī)療模型制作的基礎(chǔ)層面，迅速走向?qū)嶋H應(yīng)用，可用于人體植入物的打印材料不斷涌現(xiàn)，可生產(chǎn)活性植入物的打印設(shè)備成為業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。英國(guó)首現(xiàn)“生物醫(yī)學(xué)3D技師”一職，從中我們可以看到該技術(shù)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商用的未來曙光。
回首2017年，生物3D打印產(chǎn)業(yè)在技術(shù)開發(fā)、材料研制、設(shè)備生產(chǎn)等方面均取得長(zhǎng)足進(jìn)步，主流業(yè)務(wù)進(jìn)一步多樣化，在以往醫(yī)療模型制作的基礎(chǔ)上，增加了仿生實(shí)驗(yàn)材料、人體植入物等新內(nèi)容。
這些進(jìn)步一方面減少了實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的使用，幫助相關(guān)科研活動(dòng)避免了不必要的倫理與道德糾紛，另一方面也為人造活性器官的制作提供了更多技術(shù)支持。讓我們?cè)诖酥販厝ツ晟?D打印產(chǎn)業(yè)的熱點(diǎn)要聞，因?yàn)樗鼈冴P(guān)乎未來，關(guān)乎你我他的生命健康。
【材料】向體內(nèi)進(jìn)軍，追求環(huán)保與
2017年4月，西班牙研究人員用榨汁剩下的蘋果渣研制出一種生物3D打印材料，可用于再生骨頭與軟骨組織。這種材料的優(yōu)勢(shì)在于不僅環(huán)保，而且頗具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。蘋果渣中的碳水化合物和抗氧化劑是重要保健品，果膠則具有極高的生物相容性，在處理皮膚傷口和制作抗腫瘤藥物方面大有可為。提取掉抗氧化劑和果膠后剩余的蘋果渣仍可被做成生長(zhǎng)不同類型的細(xì)胞所需的支撐結(jié)構(gòu)。
同在4月，瑞士生物醫(yī)藥公司regenHU與英國(guó)合成生物材料生產(chǎn)商PeptiGelDesign Technologies共同推出一系列用于生物3D打印的細(xì)胞外基質(zhì)生物墨水，也被稱為合成水凝膠，在組織工程和3D細(xì)胞生物學(xué)方面有重要應(yīng)用。研發(fā)者表示，這些新產(chǎn)品有望填補(bǔ)生物3D打印墨水在體內(nèi)應(yīng)用方面的空白。此外，該墨水還具有可針對(duì)特定應(yīng)用進(jìn)行定制的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。
10月，美國(guó)3D打印公司Formlabs發(fā)布了一種面向牙科行業(yè)的新型3D打印材料，據(jù)說是款可以長(zhǎng)期使用的具有生物相容性的樹脂，能用于3D打印正畸應(yīng)用和設(shè)備。Formlabs稱該材料可實(shí)現(xiàn)快的打印速度，適用于打印夾板、牙齒固位體等正畸裝置，用戶可在五十分鐘內(nèi)完成單個(gè)裝置的制作。
【設(shè)備】3D打印筆不容小覷，“四軸”成為新亮點(diǎn)
5月，澳大利亞墨爾本圣文森特醫(yī)院的研究人員成功完成對(duì)其生物3D打印筆的測(cè)試。以干細(xì)胞水凝膠墨水為材料，這種生物3D打印筆可幫助醫(yī)生將活細(xì)胞輕松打印到受傷的肌肉、骨骼、肌腱等組織上。此次測(cè)試中，這支筆順利修復(fù)了一只羊受傷的膝蓋。下一步，研究人員將致力于用該設(shè)備修復(fù)治療難度更高的軟骨損傷。
8月，來自阿根廷的科研團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一款含有四個(gè)軸的生物3D打印系統(tǒng)，能夠制作復(fù)雜的圓柱形、管狀和螺旋網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。據(jù)研究人員介紹，通過制作這些精密復(fù)雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這種四軸增材制造設(shè)備有助于改善細(xì)胞在具有生物相容性的支架上的生長(zhǎng)情況。
10月，美國(guó)干細(xì)胞公司公布了一種生物3D打印新技術(shù)，能夠顯著提高生物3D打印肝組織的質(zhì)量與功能。該技術(shù)的具體實(shí)施工具是一款專用于打印肝祖細(xì)胞的3D生物打印機(jī)，可以將細(xì)胞制成肝樣結(jié)構(gòu)，潛在應(yīng)用包括受損肝臟的植入物、藥物篩選等。這套技術(shù)未來或?yàn)楦杉?xì)胞公司開辟價(jià)值數(shù)十億的市場(chǎng)。
【技術(shù)】聚焦血管組織開發(fā)，癌癥研究亦受重視
3月，美國(guó)加州大學(xué)圣地亞哥分校用3D生物打印設(shè)備制作出功能性血管網(wǎng)絡(luò)，并在老鼠身上試驗(yàn)成功。據(jù)介紹，這項(xiàng)研究將加速人工器官和再生療法的誕生。目前，這種3D打印血管網(wǎng)絡(luò)可與機(jī)體自身的網(wǎng)絡(luò)結(jié)合在一起運(yùn)輸血液，因而可在幾秒鐘之內(nèi)制造出模擬生物組織的3D打印微結(jié)構(gòu)。此外，該網(wǎng)絡(luò)還被用于創(chuàng)建肝組織和可在血液中輸送藥物的3D打印微型魚。
4月，美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)研制出一種生物3D打印補(bǔ)丁，有助于愈合因心臟病而遭到損傷的心臟組織。研究人員的具體操作是，借助3D打印將人類心臟干細(xì)胞整合到一個(gè)基質(zhì)上，從而創(chuàng)造出可同步生長(zhǎng)并跳動(dòng)的心臟組織補(bǔ)丁。目前，該補(bǔ)丁已在一只心臟病發(fā)作的老鼠身上植入成功。
6月，美國(guó)國(guó)家航空航天局開展了一個(gè)名為“磁性3D細(xì)胞培養(yǎng)”的研究項(xiàng)目。該項(xiàng)目使用生物3D打印技術(shù)在空間站里培養(yǎng)結(jié)構(gòu)更加真實(shí)的癌細(xì)胞，助力癌癥療法研究。利用太空中的微重力環(huán)境，癌細(xì)胞有望被培養(yǎng)成更接近人體內(nèi)癌細(xì)胞的復(fù)雜近球形結(jié)構(gòu)，而非地球?qū)嶒?yàn)室中的層狀結(jié)構(gòu)。
7月，美國(guó)萊斯大學(xué)和貝勒醫(yī)學(xué)院展開合作，結(jié)合人類內(nèi)皮細(xì)胞和間充質(zhì)干細(xì)胞來制作3D打印功能性毛細(xì)血管，成品可在一個(gè)系統(tǒng)中輸送血液，此成果大力推動(dòng)了血管化組織制造的研究進(jìn)程。尤為引人矚目的是，該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)可以用從任意患者身上采集的細(xì)胞來制作毛細(xì)血管，這或許有助于降低人體對(duì)植入物產(chǎn)生排異反應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)。
8月，智利、意大利、沙特阿拉伯、韓國(guó)與美國(guó)的研究人員聯(lián)手研發(fā)出一個(gè)生物3D打印血管化肝組織，其材料是一種特殊的“犧牲性”生物墨水。這種肝組織的主要用途是藥物毒性測(cè)試。研發(fā)者表示，該技術(shù)也可于打印其他類型的細(xì)胞，為個(gè)性化藥物篩選帶來新希望。隨著研究的進(jìn)一步深入，更復(fù)雜的藥物測(cè)試系統(tǒng)有望被開發(fā)出來。
同在8月，新西蘭奧塔哥大學(xué)和癌癥研究小組Mackenzie開發(fā)出一種乳腺癌癌細(xì)胞3D打印結(jié)構(gòu)，有助于研究乳腺癌新療法。3D打印出來的癌細(xì)胞結(jié)構(gòu)較之于一般實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)板上培育的2D結(jié)構(gòu)更為真實(shí)，對(duì)化療藥物的反應(yīng)也大不相同，這有利于研制出更具有針對(duì)性的新型藥物。
【特別關(guān)注】英國(guó)首現(xiàn)“生物醫(yī)學(xué)3D技師”一職
7月，英國(guó)莫里斯頓醫(yī)院出現(xiàn)了“生物醫(yī)學(xué)3D技師”一職，主要工作內(nèi)容是設(shè)計(jì)和制作3D打印手術(shù)模型、植入物以及導(dǎo)板。此舉在英國(guó)是開創(chuàng)性的。在莫里斯頓醫(yī)院擔(dān)任該職位的是英國(guó)諾丁漢特倫特大學(xué)一名面部法醫(yī)藝術(shù)系的碩士畢業(yè)生，精通數(shù)字3D設(shè)計(jì)技術(shù)的她成為了英國(guó)首位生物醫(yī)學(xué)3D技師。
【小編有話說】
超越了醫(yī)療模型制作的基礎(chǔ)層面后，生物3D打印技術(shù)在2017年迅速走向?qū)嶋H應(yīng)用，可用于人體植入物的打印材料不斷涌現(xiàn)，可生產(chǎn)活性植入物的打印設(shè)備成為業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。而技術(shù)突破之所以頻頻發(fā)生在人造血管領(lǐng)域，很大一部分原因也是在于血管組織對(duì)保持植入物的長(zhǎng)久活性具有重要意義。英國(guó)開設(shè)的“生物醫(yī)學(xué)3D技師”一職，已經(jīng)揭示出生物3D打印技術(shù)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化后的藍(lán)圖一角。
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