3D打印器官移植 不再遥远

最近，美国威克森林浸信医学中心的再生医学科学家们证实，使用一种复杂的、特别定制的三维打印机，能够打印出活体组织结构植入患者，取代受伤或病变组织。这项研究发表在2月15日的《Nature Biotechnology》。

　　

生物通报道：最近，美国威克森林浸信医学中心（Wake Forest Baptist Medical Center）的再生医学科学家们证实，使用一种复杂的、特别定制的三维打印机，能够打印出活体组织结构植入患者，取代受伤或病变组织。

这项研究发表在2月15日的《Nature Biotechnology》，科学家们称，他们用这种三维打印机，打印出了耳朵、骨骼和肌肉结构。当这些结构被植入动物体内时，它们便成长为功能性的组织，并发展出血管系统。最为重要的是，这些早期的结果表明，这些结构具有合适的尺寸、强度和功能，能够用于人类。

本研究资深作者、威克森林再生医学研究所（WFIRM）所长Anthony Atala指出：“这种新的组织和器官打印系统，是我们探索为患者制造替代组织的一个重要进展。它可以制造稳定的、任何形状的人体组织。随着进一步的发展，这种技术有可能会被用来打印活体组织和器官结构，用于手术移植。”

这项研究是由Armed Forces再生医学研究所资助支持，这是一项联邦政府资助，旨在应用再生医学来治疗损伤，向患者体内植入生物打印的肌肉、软骨和骨骼。

组织工程学是一门科学，目的是在实验室中培育替代的组织和器官，以帮助解决捐献移植器官短缺的问题。三维打印的精度，使其成为一种很有前途的方法，用于复制人体的复杂组织和器官。然而，当前的打印系统是基于喷射、挤压和激光诱导的正向传输，不能产生具有足够尺寸或强度的结构，植入体内。

Integrated Tissue and Organ Printing System (ITOP)——由再生医学研究所的科学家经过10年时间开发出来，克服了这些挑战。该系统可沉积生物降解的、塑料状的物质，形成含有细胞的组织“形状”和水性凝胶。此外，还形成了一种强大的、临时的外部结构。打印过程并不会伤害细胞。

抢先索取Attune NxT声波聚焦流式细胞仪的详细资料

组织工程的一个重大挑战是，确保植入的结构能够生存足够长的时间，以与人体相结合。威克森林浸信医学中心的科学家，以两种方式解决了这一问题。他们优化了含有细胞的水性 “墨水”，因此它能促进细胞的健康和增长，并且他们在整个结构中打印出了微通道网格。这些通道可让身体的营养物质和氧气扩散到结构中，并让它们保持存活，同时它们发展出一种血管系统。

以前的研究已经表明，没有现成血管组织的结构必须小于200微米（0.007英寸）才能存活。在这些研究中，一个婴儿大小的耳朵结构（1.5英寸）能够存活，并在植入后一至两个月表现出血管化的迹象。

Atala说：“我们的研究结果表明，我们采用的生物墨水组合，结合微通道，提供了合适的环境，可保持细胞存活，并支持细胞和组织的生长。”

ITOP系统的另一个优点在于，它能够使用来自CT和MRI扫描的数据，为患者“量身定制”组织。例如，对于一个耳朵缺失的病人来说，这个系统可以打印出一个匹配的结构。

几个概念证明实验结果已经证明了ITOP的能力。为了表明ITOP可以生成复杂的三维结构，研究人员将打印的、真人大小的外部耳朵植入小鼠的皮肤下。两个月后，植入耳朵的形状保持良好，并形成了软骨组织和血管。

为了证明ITOP可以产生有组织的软组织结构，研究人员将打印的肌肉组织植入大鼠体内。两周后，试验证实，肌肉足够强大，因此能保持其结构特征，成为血管化并诱导神经形成。

而且，为了演示一个真人大小的骨结构，研究人员使用人干细胞打印了颌骨片。骨片大小和形状符合人类面部重建的需要。为了研究生物打印骨骼在人体内的成长，研究人员将打印的颅骨部分植入大鼠体内。五个月后，生物打印的结构已经形成了带血管蒂的骨组织。正在进行的研究将继续测量更长期的结果。

作为一种新兴的热门技术，3D打印技术正迅速在医学领域大展身手，尤其是再生医学。让我们简单盘点一下3D打印技术在医学领域的研究成果。

新型3D打印法实现个性化医疗
美国东北大学的研究人员，开发出一种创新的3D打印技术，利用磁场域将复合材料——塑料和陶瓷的混合结构，塑造成患者特异性的产品。相关研究结果发表在2015年十月二十三日的《Nature Communications》。新型3D打印法实现个性化医疗

世界首次用3D打印挽救重病儿童
密歇根大学Mott儿童医院，医生们用一种3D打印的设备，通过一种从未使用的程序植入患者体内，挽救了3名气管支气管软化症患儿的生命。他们在2015年4月份的《科学转化医学》（Science Translational Medicine）发表了这些充满前景的研究结果。世界首次用3D打印挽救重病儿童

“生物3D打印机”使修复手术更完美
2015年3月份，著名的《美国物理联合会》期刊上发表了上海大学快速制造工程中心胡庆夕教授团队在生物3D打印方面的突破性研究工作。该团队研发的生物3D打印机，可以实现宏微观结构的复合成形和微纳结构表面修饰，同时可以实现滴涂、共混沉积、电喷、静电纺丝等多种细胞直接复合接种方式。上海大学团队研发“生物3D打印机”使修复手术更完美

3D打印人造血管技术获重大突破
德国弗朗霍夫激光技术研究所研究人员成功利用3D打印技术制造出人造血管,这一技术突破有望广泛应用在治愈皮肤创伤、人工皮肤再造和人造器官等医学领域。3D打印人造血管技术获重大突破 可打印仅20微米厚血管

首次利用3D打印技术辅助复杂肺门肿瘤手术
2015年7月，哈尔滨医科大学附属第四医院胸外科主任崔键教授率领的团队，在全国首创利用3D打印技术辅助完成复杂肺门肿瘤手术。我国首次利用3D打印技术辅助复杂肺门肿瘤手术成功

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
A 3D bioprinting system to produce human-scale tissue constructs with structural integrity
Abstract: A challenge for tissue engineering is producing three-dimensional (3D), vascularized cellular constructs of clinically relevant size, shape and structural integrity. We present an integrated tissue–organ printer (ITOP) that can fabricate stable, human-scale tissue constructs of any shape. Mechanical stability is achieved by printing cell-laden hydrogels together with biodegradable polymers in integrated patterns and anchored on sacrificial hydrogels. The correct shape of the tissue construct is achieved by representing clinical imaging data as a computer model of the anatomical defect and translating the model into a program that controls the motions of the printer nozzles, which dispense cells to discrete locations. The incorporation of microchannels into the tissue constructs facilitates diffusion of nutrients to printed cells, thereby overcoming the diffusion limit of 100–200 μm for cell survival in engineered tissues. We demonstrate capabilities of the ITOP by fabricating mandible and calvarial bone, cartilage and skeletal muscle. Future development of the ITOP is being directed to the production of tissues for human applications and to the building of more complex tissues and solid organs.