【工業之美】解讀3D打印人體器官全過程
隨著3D打印技術的問世與成熟，其應用范圍也越來越廣闊。除了建筑工程、航空航天、汽車、牙科和醫療產業等行業，3D打印也開始應用于醫學領域。
美國康奈爾大學生物工程師胡迪·利普森指出，未來3D打印的最高階段是生物打印，也就是用人體的組織或者干細胞來做原料，打印出和人體原來一樣的器官。
美國《大眾科學》統計了目前可以通過3D生物打印制造完成的五種人體器官，包括耳朵、腎臟、血管、皮膚移植片和骨骼，但還未大規模投入臨床使用。
首先，科學家需要對病人進行CT掃描得到患者身體的各個部位精確圖像數據；接著通過計算機軟件來分析結果，同時制作成出一張“產品圖”；再將其打印出后放到培養器中，以便細胞與細胞之間能互相“融合”；打印完畢后的組織結構可直接被植入患者體內，其中的細胞在生長因子的調控下，重新組合、分化，最終形成新的組織和器官。
3D生物打印過程原理圖。圖片來源：中國科學院遺傳與發育生物學研究所
據英國《每日郵報》報道，英國威爾士Morriston醫院的整形外科醫生們正在開發一種新的辦法：用患者自己的細胞來進行3D打印器官。“我們正在試圖使用人體細胞打印生物，并提供適當的環境和合適的時機，使它們成長為可以放入人體內的組織。它將重建人體缺失的身體部位，比如鼻子或耳朵的一部分，而且最終可以重建更大的部位，諸如骨骼、肌肉和血管等。”該醫院的Iain Whitaker教授說。他表示，研究一旦成功，直接植入3D打印的產品后，將在兩個月內將生成新的身體部位，甚至不需要從患者身體切下來壞器官再進行植入，這樣眾多不可治愈的疾病將有望得到治療。
以3D生物打印耳朵為例，美國康奈爾大學的生物工程師們使用一副孩童耳朵的3D掃描圖，在SolidWorks計算機輔助設計（CAD）程序的幫助下，設計出一個由七部分組成的模型，并分別打印出這些部分；隨后將一種高密度的凝膠灌入該模型內，并在15分鐘后將得到的“耳朵”移出并在細胞培養皿中培育，3個月后，這個培養出來的“耳朵”將可以取代原來耳朵。
3D打印耳朵的過程圖。圖片來源：英國科學網
北京大學第三醫院今年6月15日宣布，利用金屬3D打印技術，用6個半小時左右時間為患有脊索瘤的袁先生成功植入世界首個金屬3D打印定制19厘米長的人造脊椎，以替代此前被徹底切除的5節脊椎。患者術后生命體征平穩，出血量很少。
金屬3D打印定制的人造脊椎。圖片來源：北京第三醫院官網
“成功裝上人工脊椎的患者，今后可以與常人一樣工作和生活。”3D打印人工椎體（金屬3D打印人體植入物的統稱）研究團隊的負責人劉忠軍說。今年5月，國家食品藥品監督管理總局批準注冊了中國首個金屬3D打印人體植入物——人工椎體。他還解釋人工椎體的特殊之處在于能被制成海綿狀的微孔結構，類似人體骨頭中的骨小梁（即骨皮質在松質骨內的延伸部分）。有了這種“骨小梁”，相鄰正常脊椎的骨細胞可以長入其中，最終實現骨融合。
3D生物打印與金屬打印的打印原理在本質上相同，不同之處在于，生物打印機的不同之處在于使用了生物材料，在其中可以復合細胞、生長因子等活性成分，逐層構建活體組織。
據中國國家計生委2014年統計的數據顯示，中國平均每年需要器官移植的患者達30萬名以上，但能完成器官移植的不及1/30。每天有20名等待中的患者因未能及時得到器官亡故。
人民網報道，2015年3D打印人工椎體研究團隊曾研制出3D打印人工髖關節產品。目前，中國經批準注冊的3D打印人體植入物產品僅人工脊椎和人工髖關節兩個。
真實的人體髖關節與3D打印髖關節的對比。圖片來源：人民網
在研發這款產品之前，一套國產的人工髖關節需要2萬元左右，普通的進口人工髖關節在3萬-4萬元，目前一般3D打印人工髖關節的價格是1.5萬左右，而且患者可以使用20年。
(責任編輯：admin)
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