盘点3D打印器官在医疗中的十大应用

时间：2016-08-20 22:14 来源：未知作者：中国3D打印网阅读：次

伴随着科技的发展，器官移植成为越来越多脏器衰竭，恶性肿瘤患者生存的希望，但供体不足，一直困扰着患者和医生。因此地下器官交易，黑市交易器官猖獗。中国政府对新型器官移植技术也非常的重视。有关统计数据显示，我国每年150万器官衰竭患者中，仅有一万余人能得到器官移植，更多的人只能在等待配体的过程中病情恶化甚至离世。如果3D打印能够解决这项难题，无疑将成为最受市场关注的焦点。

近些年，随着3D打印技术的出现，器官移植所面临的难题有可能被解决的。3D打印技术出现在上世纪90年代中期，实际是利用光固化和纸层叠等技术的快速成型装置，是基于计算机三维数字成像技术和多层次连续打印的一种新兴应用技术。3D打印人造器官是以3D打印为基础的以活细胞为原料打印活体组织的一种技术。研究表明，3D打印人造器官可以以自身的成体干细胞经体外诱导分化而来的活细胞为原料，在体外或体内直接打印活体器官或组织，因而将失去功能的器官或组织替换，某些程度上这就解决了移植供体不足问题。所以，3D打印人造器官已在器官移植领域获得了一定的成果，在骨骼、人造血管、皮肤、血管夹板、心脏组织和软骨质结构等方面应用而生。但3D打印人造器官技术仍然存在着一系列的技术问题及安全问题。

3D打印人造器官技术在国外的发展

3D打印人造器官技术，目前在国外快速的发展，使得制造、生物科学等方面的科研人员重视。韩国浦项科技大学的 Lee等，2009年使用微型SLA 技术在生物制造领域生产组织支架。英国诺丁汉大学教授Sawkins等制造出机械性强度的结构用于骨修复利用细胞和蛋白兼容3D 打印人造器官技术。哈佛大学工程与应用学院教授Kolesky等，构造出异构细胞结构的血管基于生物3D打印技术。美国大力推动3D打印人造器官技术的研发，如：三维乳房癌组织测试系统的研究、细胞打印应用于创面修复的研究、基于细胞组装的集成微肝脏模拟壮志的研究等。麻省理工学院(MIT)、美国德雷赛尔大学(Drexel)等研究机构在细胞3D打印、器官打印等领域专项研究。部分医疗研究机构及公司利用3D打印人造器官技术打印出动脉、心肌组织、肺脏、肾脏等人体器官。Lee科研组制备了3D打印水凝胶管道模型，内径为1 mm，形成了微血管床成功诱导周围毛细血管。Koch等，研究证实了3D打印技术用于皮肤组织再生的可行性，将负载成纤维细胞与角化细胞的胶原为原料。
1.3D打印人造器官技术在国内的发展
3D打印人造器官技术在国内迅速的发展，与国际水平相比上下。徐铭恩团队来自杭州电子科技大学自主研发出一台生物材料3D打印机，较小比例的人类耳朵软骨组织、肝单元等现已在这台打印机上成功打印出。该研究成果被国际最具有影响力的期刊Biomaterials评为2012年在3D打印人造器官领域的最高水平。Hsieh等为中国台北国立台湾大学分子科学与工程学院的，在中枢神经系统修复的应用是利用温敏生物材料载神经干细胞结合3D打印人造器官技术。清华大学徐弢等打印了动物心脏，是利用心肌细胞和生物材料模拟。发现打印出的细胞能够有节奏地跳动，提示打印出的器官可以具有一定的功能，还将羊水中提取的干细胞进行3D打印，并加入骨系分化因子，获得了活性的骨组织。除此之外，千人计划国家特聘专康裕建团队利用Rollovesseller3D打印平台，将含有种子细胞、生长因子和营养成分等组成的“生物墨汁”，其他材料结合层层打印出产品，打印经培育处理后，形成组织结构并具有生理功能;同时，发明生物打印的核心技术生物的专利，即一种新型的精准的具有仿生功能的干细胞培养体系。国内3D打印人造器官技术快速的发展，已在细胞、器官、医疗植入体等不同领域应用而生。
2.3D打印人造器官技术取得的成就
目前，由3D打印人造器官技术打印出来的器官组织，会存在结构上非常不稳定、过于脆弱的缺点，无法用于外科移植手术。并且这些成品缺乏血管构造、尺寸也偏小，即便移植，器官也不容易获取氧和营养物质，很难存活。
就上述存在的缺点，美国韦克福雷斯特大学再生医学学院的研究团队改进了现有3D打印人造器官技术，开发出“组织和器官集成打印系统”(ITOP)。这一新开发的3D打印人造器官系统，可将含有活性人体或动物细胞的水基凝胶与可生物降解的聚合材料结合作为打印材料，有助于人造器官形成稳定结构。这一系统还能在人造器官中打印出许多类似血管的微小通道。器官组织移植到动物身上后，可通过这些通道获取氧和营养物质，这是保证器官移植后存活的关键。一段时间后，血管会逐渐在人造器官中生长，取代微型通道。
为验证效果，研究人员将打印的人造耳朵、肌肉纤维和颚骨移植到小鼠身上。一段时间后，这些人造器官组织都成功存活下来，并长出了血管和神经等结构。器官移植报告作者之一、韦克福雷斯特大学再生医学学院学者安东尼·阿塔拉说，将两种材料结合的打印过程以及组织结构中的微小通道，为人造器官中的细胞存活、组织生长提供了适当环境。ITOP的另一个优势是，能够通过计算机断层扫描及核磁共振成像技术为患者“量身定制”要移植的器官组织。比如一个患者需要接受耳朵移植，这一系统能够根据成像数据打印出尺寸合适的人造耳朵供移植。

研究人员说，他们在试验中使用过人类细胞及兔子、老鼠等动物的细胞进行人造器官组织打印，都取得了不错的效果。目前，这项技术还处于早期试验阶段，需进一步改善，以便未来能用患者的细胞打印出真正可用于外科移植手术的人造器官。

(责任编辑：admin)

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