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3D打印软骨未来或将在太空进行实验

2017-03-28 11:35
默菲
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近年来,3D打印技术不断完善,3D打印材料一再取得突破,助推了3D打印软骨的迅速进展。未来,3D打印软骨或还将进入太空进行实验,进一步论证相关技术与产品的实验表现。

当3D打印技术兴起时,它备受看好,有人曾将它媲美电脑时代。如今,随着3D打印技术的逐步成熟,它的应用领域也越来越广泛。这其中,医疗领域成为3D打印技术转化应用的“主战场”。

业内人士认为,3D打印对医疗行业而言,是实现质变的难得机遇。如今,医疗领域已经占领了3D打印市场份额的三分之二。根据FutureMarketInsights公司发布的报告显示,全球3D打印医疗器械市场2016年可达2.796亿美元,并在未来10年复合年增长率(CAGR)为17.5%。市场研究公司IQ4IResearch&Consultancy最新分析报告也指出,到2022年,全球医疗3D打印市场规模将达到38.9亿美元。

随着3D打印热潮在医疗领域的迅速蔓延,应用3D打印胸廓、胡桃夹综合征、颅骨等都被真实应用在了医学上。3D打印在医疗模型、假肢、齿科手术模板、颅骨、颈椎人工椎体及人体软骨等方面应用前景可观,实用性、可替代性都极具优势。

对于那些希望扩展生物打印技术的科学家们来说,软骨是一种很好的目标组织,因为它只有一种细胞类型,而且组织内没有血管。不过它也是无法自我修复的组织,软骨一旦损坏,就无法恢复。近年来,随着3D打印技术的不断完善与进步,3D打印软骨取得了一系列重要突破与成果。

2016年6月,英国布里斯托大学(UniversityofBristol)的科学家们开发出了一种新型的生物墨水,据称这种墨水最终可能3D打印出可作为手术植入物的复杂组织。这种含有干细胞的生物墨水可以用来3D打印活组织,也就是我们常说的生物打印。

目前该团队已经能够将干细胞分化为软骨细胞(即可以分泌骨基质的细胞)和成骨细胞(可以分泌软骨基质并嵌入其中的细胞),从而可以在5周内开发出3D打印组织结构,包括一个全尺寸的气管软骨环。

同月,宾夕法尼亚州Huck生命科学研究所成员Ozbolat和他的研究团队开发出了一种方法,无需使用支架即可制造出更大规模的组织。他们创建了一个很小的——直径仅为百分之三到百分之五英寸——藻酸盐(一种海藻萃取物)制成的管。科学家们将软骨细胞注入该管中,使他们在其中生长一个星期左右,导致彼此粘连起来。由于细胞不会粘到海藻上,他们可以将这个管子去除掉,留下一股(或者一缕)软骨。科学家们在其最新一期的《ScientificReports》上报告了他们的研究成果。

随后的7月份,美国亚特兰大的AmericanProcess公司(API)和英国斯旺西大学(SwanseaUniversity)医学院签订了一份联合开发协议(JDA),共同研发用人体细胞和纳米纤维素3D打印而成的组织软骨,并将其用于面部重建。

据该项目负责人教授IainWhitaker:“目前人们越来越多地使用塑料或者钛金属3D打印假肢和植入物。但是以人类细胞为原料的生物打印,也是非常有前途的。我们正在根据特定病人的需要打印活组织、活结构。我们希望在将来,那些由于创伤或者癌症而失去了耳朵或鼻子等器官的患者可以使用他们自己的细胞结合纳米纤维素重建新组织。这中间生物材料是我们生物打印技术的关键组成部分,而纳米纤维素被我们选为生物材料,这是因为其生物相容性、力学性能和结构性能可以在三个维度上支持细胞的粘附和生长。”

而在今年的3月24日,3D打印软骨再次取得关键性进展。来自瑞典查尔姆斯理工大学和萨尔格学院的一组研究人员宣布,他们成功地让3D打印人体软骨细胞在老鼠身上存活并生长。

研究人员在一台CELLINK生物打印机上,用混合有人体软骨细胞的水凝胶3D打印出一个组织。打印完成后,他们立即将其植入老鼠身体。植入后,软骨组织不仅存活下来,还在生长和血管化,这意味着它形成了自己的血管。在打印后立即将组织植入小鼠这一举动意义非凡,因为以前都是在植入之前让软骨组织在实验室中生长。

这项研究表明,3D打印干细胞能在活体中生长成软骨,这对研究团队以及整个生物打印和组织工程领域来说是一个巨大的成功。

如今,人类科学家已经不只是满足于在地球上进行3D打印软骨的一系列实验,而是希望能够尽快在太空环境下也进行相关的分析实验。

近日,俄罗斯3D生物打印方案公司代表赫苏安尼在俄罗斯商业航天论坛InSpaceForum上宣布,失重状态下的3D软骨打印实验可能将于2018-2024年期间在国际空间站进行。“公司对项目实施有具体方案,计划实施日期即2018年至2024年。”

赫苏安尼称,公司已经获得了“能源”集团的实验许可,“能源”是国际空间站俄罗斯舱段的主要运营者。他介绍道,两家而美国公司已经计划在空间站中进行分析实验,“我们将有机会在这一系列实验中确立世界领先地位。”

3D软骨打印所取得的一系列进展,不外乎都是在打印材料上实现了突破。当前,我国在3D打印技术应用上发展迅速,但是3D打印材料发展仍然缓慢。

为了推动3D打印材料实现“弯道超车”,补上我国3D打印产业发展的短板,3月25日,“中国3D打印材料及应用发展战略研究”咨询项目启动会暨3D打印材料研讨会在北京工业大学举行,来自中国工程院和中国3D打印产业联盟部分会员企业100多位代表出席此次会议。

3D打印软骨技术的成熟,使得临床应用也将很快实现。在经历了各种环境下的实验、分析之后,正式进入医用的3D打印软骨将为人类健康带来重要福音。

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