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(guó)比佛頓市俄勒岡國(guó)家靈長(zhǎng)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(cè)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(guó)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(duì)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(guó)心臟協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)顯示，心臟病是引發(fā)美國(guó)人死亡的頭號(hào)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(zhǎng)，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(zhǎng)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(duì)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(duì)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(chǎng)景，已不再是天方夜譚。今日起每?jī)芍?，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(jiǎn)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(chǎng)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(yíng)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(zhǎng)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(guó)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?cè)谥圃鞆?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(jī)，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(guó)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(guó)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(guó)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(duì)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?cè)陬愃企y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(zhǎng)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(guó)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(duì)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(jiǎn)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(jiǎn)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(guó)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(duì)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(duì)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(guó)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(guó)工作的多名華人科學(xué)家在新一期美國(guó)《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(duì)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(guó)際雜志Biomaterials上的一項(xiàng)研究報(bào)告中，來自國(guó)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(cè)治療性藥物對(duì)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?cè)陂_發(fā)臺(tái)式腦組織上的努力對(duì)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(cè)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(duì)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(duì)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(guó)上市。（生物谷Bioon.com）
來源：生物谷
