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厲害了3D列印技術!可定製關節、骨頭,還能創造膀胱、血管

新華網杭州5月27日電(記者余靖靜)在整個3D列印產業中,生物3D列印技術一直處於金字塔尖的位置。生物3D列印技術如何改善人類健康?醫生與工程師該如何合作?5月下旬在杭州舉行的第二屆Regenovo生物3D列印學術高峰論壇上,多位科學家進行了探討。

臨床應用集中於骨科與創傷修復

據科學家們介紹,目前生物3D列印技術在臨床上的應用,主要集中在骨科與創傷修復等領域。

工程院院士戴尅戎說,3D列印技術可對四肢所有關節、骨頭進行定製。他所帶領的團隊已為數百位病人製作出個體化的骨關節修復假體。在3D列印的模型上進行假體的模擬安裝,不斷修改,直到符合病人的需要,大大提高療效與安全性。

「利用新一代的生物3D印表機,我們現在能直接在體外構建含有汗腺的組織工程皮膚。」工程院院士付小兵說。他帶領的團隊對一位嚴重燒傷的患者進行了約10年的隨訪,證明再生汗腺仍然具有正常的發汗功能,沒有不良反應。

而在基礎研究階段,科學家們通過生物3D列印技術已經成功創造出功能性膀胱、血管等,有待臨床研究。

大連醫科大學附屬第一醫院副院長劉晶介紹說,有科學家探索列印膝蓋半月板,他們利用可降解塑料支架,以及蛋白質生長系統,讓支架在不同階段釋放不同點生長因子,以「吸引」人體自身的幹細胞,誘導其行成半月板組織。「這些基礎研究成果迫切需要臨床試驗的驗證。」劉晶說。

亟待新材料與新設備的研發

據介紹,目前生物3D列印出來的人體結構或組織,雖然具備外形或擁有部分力學性能的特點,但尚未具備完整的新陳代謝、解毒、造尿等器官功能。科學家們認為,在未來,隨著生物材料的研發,加上生物3D列印裝備的開發,會使3D列印具有功能的組織器官得到發展。

戴尅戎說,3D技術的關鍵之一在於生物材料,因為人的組織不同,當各種細胞賴以生存附著的材料都能被列印時,才能滿足不同需求,

劉晶說,成功的生物3D列印,需要保證細胞的活性、細胞能和原有的組織保持同樣的形態,並實現它組織功能的特徵。

「目前,生物3D列印材料,正從無生物相容性材料、生物相容性材料,可降解生物相容性材料向列印專用生物材料方向發展。」杭州電子科技大學教授徐銘恩說。

清華大學教授危岩帶領的團隊設計出了一種智能響應性高分子材料,有著熱、電、光、pH、金屬離子與氧化還原劑等六種響應模式,兼具自修復、智能響應、形狀記憶等多種功能,被稱為「多功能材料之王」。

台灣大學教授徐善慧說,要列印器官,尤其是腎臟、肝臟這種大型組織,血管網路的形成是非常重要的一個瓶頸。她認為,面向生物3D列印墨水的研發,天然高分子生物相容性好,合成高分子有易於成型的優點,需將兩者優勢結合起來。

另一方面,關於生物3D列印設備,徐銘恩認為,將從非專用設備、專用設備向高通量、集成化專用裝備方向發展。

「細胞3D列印的最求的最高精度,是實現單細胞的列印。」徐銘恩說,他們團隊曾用光鑷的技術捕捉細胞,將其運送到相應的位置上去,但光束對細胞的損傷較大,未來會嘗試使用聲波鑷技術。

徐銘恩說,目前列印裝備的列印精度越高也意味著製造速度較慢,他提出高通量集成化生物3D列印的概念,目前正與團隊一起向這個方向發展,列印噴頭可以兼容多種列印原理並多通道協同,實現大批量列印醫療製品。

醫工結合是發展必經之路

與會的科學家們都認為,生物3D列印涉及生命科學、醫學、材料等學科、需要具備系統技術基礎,需要醫工合作、多學科交叉,一起推動這一新技術的發展。

「結合了組織工程技術的生物列印是生物3D列印技術的未來方向。」戴尅戎說,醫生與工程師的合作,是醫學發展必經之路,這有賴於生物材料、幹細胞、組織培養等多學科的合作與突破。

徐銘恩認為,目前生物3D列印在臨床轉化中,需要解決四個關鍵問題:難以批量列印品質穩定的醫療製品;缺少與列印技術精準匹配的生物墨水;列印模型對組織功能仿生重建效果差;列印組織成製品缺乏醫療評價與控制標準。

劉晶建議,要推動3D生物列印產品進入臨床研究,需要具有較強的醫療、教學和科研綜合能力,並依法獲得相關機構資格的三級甲等醫院,與企業或院所共建醫研企新型協作聯盟聯合研發平台,雙方建立聯合實驗室,設立臨床研究橫向攻關課題。



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