English 中文
3D生物打印机
  3D生物打印机(3D bio-printer;3D biology printer )是一种能够在数字三维模型驱动下,按照增材制造原理定位装配生物材料或细胞单元,制造医疗器械、组织工程支架和组织器官等制品的装备。
  器官移植可以拯救很多人体器官功能衰竭或损坏的患者生命,但这项技术也存在器官来源不足、排异反应难以避免等弊端。不过,随着未来“生物打印机”的问世,这些问题的解决有了新的技术手段。
  这种机器首先读入由医学影像数据重建或设计的三维模型,将模型离散成多个片层,计算机控制打印喷头逐层"打印”打印由生物材料或细胞组成的“生物墨水”,不断重复这一过程,直至打印完成三维组织前体。随后,细胞开始重新组织、熔合,形成新的血管等组织结构。
  Organovo公司首席执行官基思·墨菲在接受《工程师》杂志采访时指出,最终有一天,只需轻轻按下按钮,就能让3D生物打印机制造出我们所需要的器官。
  3D生物打印这一技术概念最早是由美国Clemson university、University of Missouri、Drexel University等大学的教授在2000年左右提出,2003年Mironv V和Boland T在Trends in Biotechnology杂志系统提出“器官3D打印”这一概念.
   2010年Organovo公司推出可以帮助用户制造生物组织用于研究和开发的3D生物打印机。 2014年11月,Organovo推出了其可商用的3D打印人体肝脏组织exVive3DTM,用于临床前药物测试。
  2015年10月10日, Regenvov公司推出第三代生物3D打印工作站。利用这款生物3D打印设备,成功批量“打印”出肝单元用于药物筛选。

组成结构

  3D生物打印机基于现有技术发明,这些技术当前被用以制造工业零部件3D模型。生物打印机的不同之处在于,它不是利用一层层的塑料,而是利用一层层的生物材料或者细胞构造块,去制造真正的活体组织
  3D生物打印机可以有多个打印喷头,喷头可以打印人体细胞,被称为“生物墨”;也可以打印纯生物材料,被称为“生物纸”。所谓生物纸其实是主要成分是水凝胶,可用作细胞生长的支架。3D生物打印机使用来自患者自己身体的细胞,所以不会产生排异反应。

发展前景

  2013年5月出版的《新英格兰医学杂志》发表公开信,科学家成功将3D打印出的气管支架植入婴儿体内。
  密歇根大学安阿伯分校的医学博士大卫·措普夫(David A.Zopf)和同事描述了这例移植手术。接受移植的婴儿患有局部支气管软化症,手术中使用的可吸收支架由聚己内酯构成。
  作者指出,患儿母亲在妊娠35周产下了这个名叫 Kaiba Gionfriddo 的男婴,看起来身体健康,但在6个星期后出现胸壁凹陷和呼吸困难。发生这种情况,意味着在2个月大之前,都需要气管插管,以维持通气。因此,他们用计算机设计了一个患儿气管支架的模型,使用热塑性的生物可吸收材料,通过激光烧结技术制造了一个气管支架。在移植手术中,依靠支架上的孔洞与气管进行固定。在安置支架7天后,开始逐步撤除机械通气机,并在手术后21天完全停止呼吸机支持。一年以后,通过内窥镜造影手术观察患儿的左主支气管,发现一切正常。到目前为止,没有发生过任何支架相关的问题。
  目前科学家们使用生物医用高分子材料无机材料水凝胶材料或活细胞,已成功打印出较小比例的人类耳朵软骨组织肝脏单元等。
  生物3D打印机具有打印生物材料种类多、对细胞损伤率低、打印精度较高和操作方便等特点,还可以在无菌条件下的生物材料和细胞3D打印,而且新型的温控单元和打印喷头设计,能够支持从-5℃到260℃熔融的多种生物材料打印。
  生物3D打印支持活细胞打印,打印的细胞有着高达90%的存活率。目前打印出来的活细胞存活时间最长为4个月。不过,从人体细胞、组织乃至器官被“打印”出来,到真正应用于临床,还有相当长一段路需要走。这需要多种领域的科学家通力合作。