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生物3D打印的医学临床应用

更新时间: 2020-01-16 15:43:24  查看次数: 305    
目前,国内外的研究都均停留在第三层次(为生物体植入物修复受损的组织)的成熟期和第四层次(移植以替换坏死的组织)的萌芽期。3D打印技术较组织工程的其他方法具有如下优势:可以精确控制生物材料分布的位置和量;可从同时打印细胞和支架材料;可以使用不同细胞、生物材料、生物活性因子,并控制配化;可以快速制造再生组织;可以按照患者的要求个性化定制医用产品;可以使用患者自身的细胞,避免排异反应。生物打印的医学临床应用主要包括:


骨骼3D打印。人体的骨骼个性化差异很大,因此利用3D打印技术构建骨骼支架修复受损骨组织具有重要的意义,如今人工骨骼已经具有广泛的临床应用。瑞士伯恩赛尔医院的Christian Weinand领导的研究小组成功复制了他自己的拇指骨。Hideto Saijo等人利用α磷酸三钙生物活性骨水泥材料,喷墨打印出人体颌面部骨酪,并成功完成临床应用实践。第三军医大学西南医院关节研究中心已经拥有自己的骨骼3D打印机。


软骨3D打印。软骨是成分单一且没有毛细血管的组织,故研究者对其的生物打印研究起步较早。2012年,Cui等人就己经将3D打印引入软骨组织工程,所用打印材料是二甲基丙烯酸聚乙二醇酯(PEGDMA)和人体软骨细胞,生物材料通过聚合作用将细胞精确固定在沉积的位置,打印后的软骨结构经过移植后能够很紧密地贴合真实的软骨组织,为未来利用3D生物打印技术修复软骨组织奠定基础。


血管3D打印。血管负责组织的物质与能量交换,3D血管打印的实现不仅可以替换坏死的血管,还能帮助器宫打印实现再血管化,特别是毛细血管的再生。人造大动脉血管早在20世纪50年代就已经被研制成功,但是微尺度的毛细血管一直困扰着研究者。直到2011年,德国科学家用3D打印技术,结合双光子聚合和生物功能化修饰制作出毛细血管结构,并且具有良好的弹性和人体相容性。2015年,中国首台3D血管打印机问世,利用精确协同工作的双喷头打印技术,可利用不同种类细胞打印出血管独有的中空、多层结构。


耳朵3D打印。耳朵假体是3D生物打印进入整形外科临床应用的探索,对耳朵畸形或缺陷修复具有重要意义。普林斯顿大学和约翰霍普金斯大学联合研制了 3D生物打印人体耳朵,打印的材料是硅胶和细胞混合而成生物墨水,该耳朵内嵌感应线圈天线能够读出所获得的信号,这增加了人造耳朵假体的功能性。澳大利亚科学家们首次运用3D打印新技术,帮助一名失去耳朵的女士获得了新的耳朵。


皮肤3D打印。在美国,每年大约有50万烧伤患者要接受治疗,传统的皮肤治疗方法主要是移植,成功率不高而且破坏外观。3D打印皮肤组织营运而生,而且实践起来化比较方便。Skardal等人利用生物打印技术制造皮肤全层并成功在小鼠得到实践应用,他们所用的材料是纤维蛋白原-胶原蛋白混合水凝胶和干细胞。美国科学家正在对再生医学和3D生物打印技术进行投资,目的是使用3D生物打印机打印受伤士兵的皮肤细胞,为其修复战争的创伤。



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