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3D生物打印何时才能开启“个性化定制”时代?

2015-11-06 09:04
孤身万里游
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  也许有一天,我们可以用3D打印的技术做人造感受器官,比如眼睛、鼻子,我们给自己配备新的身体部件,就像去裁缝店制作新衣服那样简单——

  3D生物打印离“个性化定制”有多远

  时髦的3D打印技术方兴未艾,如今已逐渐从制造业转向生物领域——3D生物打印可帮助患者获得“个性化定制”的器官。或许有一天,我们给自己配备新的身体部件,就像去裁缝店制作新衣服那样简单。

  不过,上述场景离实现还有较长时间。业内人士指出,10~20年后3D生物打印技术才有可能成熟。另外,用有限技术制成的器官去对接无限复杂的人体系统,也是该技术面临的最大挑战。

  离人体越近难度越大

  “3D生物打印的创新、个性化、定制化三大特点,使得它在体外生物结构模型制造上具有独特优势,这一优势也是生物医学应用极其需要的。”清华大学机械工程系生物制造工程研究所主任孙伟日前表示,3D生物打印这种时髦的技术是工程、材料、信息、生命及医学等几大学科的大交叉,能够提供个性化的医疗和理想化的服务,为疾病治疗提供新的思路和途径。

  孙伟介绍说,根据打印材料、生物学性能和应用情况,3D生物打印技术可分为四个层次,而离人体越近,应用难度则越大。

  第一层次是材料本身没有生物相容性,可制造个性化体外器官模型,用于手术规划、假肢设计等。比如做S型的脊柱侧弯手术,可以利用3D打印机打印一个模型,帮助医生进行术前分析等。由于此类3D打印制品不放于体内,因此也不要求国家审批。

  第二层次离人体更近一步,材料的生物相容性非常好,但不降解,可制造一些医疗辅助工具,如人工假肢、植入器件,用于整形修复、关节置换等。

  第三层次则需要有更高的技术含量。材料具有优良的生物相容性、生物活性,可以降解并被人体吸收,还可帮助细胞、神经等组织生长,用来制作植入人体内的组织支架、骨骼和器官等。

  最接近人体的第四层次则是细胞打印,即直接通过活性细胞、蛋白或其他细胞的基质为材料来打印出仿生的细胞三维结构体,在接近人体内的三维环境里生长,用于病理研究、药物筛选、组织或器官胚体人工构建等。

  孙伟课题组就运用自主开发的细胞三维打印技术,在世界上首次构建出Hela细胞(一种子宫颈癌细胞)的体外三维肿瘤模型。

  在西安交通大学机械工程学院教授李涤尘看来,从第一层次到第四层次,技术重点正逐渐从对外形结构的研究转向对细胞自身行为的研究。他认为,要让打印的细胞能够存活并建立起自己的营养系统,至少得要一二十年时间才能实现。

  应用研究逐步成熟

  杭州电子科技大学生物制造研究所教授徐铭恩表示,做3D生物打印的原因有两点:一是生物医学领域的市场规模巨大;二是3D生物打印在医学领域应用前景巨大。

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