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生物3D打印推動再生醫(yī)學(xué)攀登新高峰
日期：2024-11-22 01:50
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摘要：傳統(tǒng)再生醫(yī)學(xué)中，要實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜組織和器官三維結(jié)構(gòu)的復(fù)制非常難，而3D生物打印幾乎可以完全復(fù)制生物組織的微觀與宏觀結(jié)構(gòu)，達(dá)到功能的再生。相信在不久的將來，生物打印必將實(shí)現(xiàn)對于人體組織和器官在結(jié)構(gòu)、功能和形貌上更好的模擬，將再生醫(yī)學(xué)推上一個(gè)新高峰。根據(jù)FutureMarketInsights公司發(fā)布的報(bào)告顯示，全球3D打印醫(yī)療器械市場2016年可達(dá)2.796億美元，并在未來10年復(fù)合年增長率(CAGR)為17.5%。市場研究公司IQ4IResearch＆Consultancy*新分析報(bào)告也指出，到2022年，全球醫(yī)療3D打印市場規(guī)模將達(dá)到38.9億美元(約合260億人民幣)。此外，3D...
傳統(tǒng)再生醫(yī)學(xué)中，要實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜組織和器官三維結(jié)構(gòu)的復(fù)制非常難，而3D生物打印幾乎可以完全復(fù)制生物組織的微觀與宏觀結(jié)構(gòu)，達(dá)到功能的再生。相信在不久的將來，生物打印必將實(shí)現(xiàn)對于人體組織和器官在結(jié)構(gòu)、功能和形貌上更好的模擬，將再生醫(yī)學(xué)推上一個(gè)新高峰。根據(jù)FutureMarketInsights公司發(fā)布的報(bào)告顯示，全球3D打印醫(yī)療器械市場2016年可達(dá)2.796億美元，并在未來10年復(fù)合年增長率(CAGR)為17.5%。市場研究公司IQ4IResearch＆Consultancy*新分析報(bào)告也指出，到2022年，全球醫(yī)療3D打印市場規(guī)模將達(dá)到38.9億美元(約合260億人民幣)。此外，3D打印除了輔助醫(yī)療、制造部分****以外，在提供訂制、個(gè)性化的醫(yī)療設(shè)備方面也有巨大潛力。
3D打印除了打印模型、房子和各種小物件外，其打印出來的鼻子、軟骨等活體器官更受關(guān)注。*近，中國科學(xué)家發(fā)明出將黃金作為生物打印墨水的新技術(shù)，極大提升了打印心肌組織的功能。
據(jù)這項(xiàng)新技術(shù)的主要研究者、復(fù)旦大學(xué)中山醫(yī)院的朱鎧介紹，所謂“黃金”并不是日常所見的黃金，而是將導(dǎo)電的金屬金納米顆粒摻入本身導(dǎo)電性較差的傳統(tǒng)生物墨水中。這樣一來，新材料能有效提高墨水的生物導(dǎo)電性，使得包埋于其中的心肌細(xì)胞之間的電信號傳導(dǎo)更快，也更穩(wěn)定，從而實(shí)現(xiàn)整片心肌組織自發(fā)且同步搏動。
早在2003年，科學(xué)家便將噴墨打印機(jī)墨盒里的墨汁換成裝有細(xì)胞的水凝膠，**實(shí)現(xiàn)了活細(xì)胞圖案的打印。這些帶有細(xì)胞的墨水被形象地稱為“生物墨水”。通過調(diào)節(jié)打印圖案和坐標(biāo)定位，便可以打印出帶有活細(xì)胞的特定三維結(jié)構(gòu)。隨后10多年間，生物打印技術(shù)取得了長足發(fā)展，從打印方式到打印材料，都有了巨大改進(jìn)。
傳統(tǒng)再生醫(yī)學(xué)中，要實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜組織和器官三維結(jié)構(gòu)的復(fù)制非常難，而生物打印幾乎可以完全復(fù)制生物組織的微觀與宏觀結(jié)構(gòu)，達(dá)到功能的再生。通過合理調(diào)節(jié)生物打印的參數(shù)，例如打印形式、生物墨水、細(xì)胞選擇，科學(xué)家能制備不同的人造組織和器官，包括肝臟、血管甚至心臟。
由于心臟有特殊的傳導(dǎo)系統(tǒng)，該系統(tǒng)發(fā)生沖動并傳導(dǎo)至心臟各部位，進(jìn)而再通過心肌細(xì)胞之間的電信號傳導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)心房肌和心室肌的節(jié)律性收縮，從而實(shí)現(xiàn)全身的血液循環(huán)。因此，如何增加心肌細(xì)胞之間的電信號傳導(dǎo)，一直是使用包括生物打印技術(shù)在內(nèi)的人工心肌組織制備的難題。
由于生物打印能制備任意形狀的人造組織和器官，通過對人體組織損傷部位的有效成像及建模，損傷部位特定的形貌可以被重建，并能與傷口處實(shí)現(xiàn)無縫對接，顯著提高了再生和修復(fù)效果。特別是在修復(fù)創(chuàng)傷皮膚領(lǐng)域，生物打印已有應(yīng)用實(shí)例。據(jù)報(bào)道，將紅外成像技術(shù)和生物打印噴頭結(jié)合，在掃描過程中進(jìn)行傷口深度的測量和實(shí)時(shí)打印，可以達(dá)到對皮膚創(chuàng)傷的均一修復(fù)。
目前，生物打印進(jìn)入臨床使用尚有一些關(guān)鍵問題亟待解決。例如，打印中所產(chǎn)生的各種溫度變化、剪切力等因素，均會導(dǎo)致細(xì)胞存活率降低，如何改進(jìn)打印設(shè)備使其更加精細(xì)化，降低打印過程中的各種**刺激，提高打印組織的存活率和使用率，是仍需攻克的問題。生物墨水中的各種添加材料，如金納米顆粒，也需要進(jìn)一步進(jìn)行表面修飾，才能在提高生物相容性的同時(shí)不影響細(xì)胞活性。
10年前，生物打印對人們而言可能還是一個(gè)神話，如今已經(jīng)發(fā)展成一項(xiàng)平常的**手段。相信在不久的將來，生物打印必將實(shí)現(xiàn)對于人體組織和器官在結(jié)構(gòu)、功能和形貌上更好的模擬，將再生醫(yī)學(xué)推上一個(gè)新高峰。
3D打印除了打印模型、房子和各種小物件外，其打印出來的鼻子、軟骨等活體器官更受關(guān)注。*近，中國科學(xué)家發(fā)明出將黃金作為生物打印墨水的新技術(shù)，極大提升了打印心肌組織的功能。
據(jù)這項(xiàng)新技術(shù)的主要研究者、復(fù)旦大學(xué)中山醫(yī)院的朱鎧介紹，所謂“黃金”并不是日常所見的黃金，而是將導(dǎo)電的金屬金納米顆粒摻入本身導(dǎo)電性較差的傳統(tǒng)生物墨水中。這樣一來，新材料能有效提高墨水的生物導(dǎo)電性，使得包埋于其中的心肌細(xì)胞之間的電信號傳導(dǎo)更快，也更穩(wěn)定，從而實(shí)現(xiàn)整片心肌組織自發(fā)且同步搏動。
早在2003年，科學(xué)家便將噴墨打印機(jī)墨盒里的墨汁換成裝有細(xì)胞的水凝膠，**實(shí)現(xiàn)了活細(xì)胞圖案的打印。這些帶有細(xì)胞的墨水被形象地稱為“生物墨水”。通過調(diào)節(jié)打印圖案和坐標(biāo)定位，便可以打印出帶有活細(xì)胞的特定三維結(jié)構(gòu)。隨后10多年間，生物打印技術(shù)取得了長足發(fā)展，從打印方式到打印材料，都有了巨大改進(jìn)。
傳統(tǒng)再生醫(yī)學(xué)中，要實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜組織和器官三維結(jié)構(gòu)的復(fù)制非常難，而生物打印幾乎可以完全復(fù)制生物組織的微觀與宏觀結(jié)構(gòu)，達(dá)到功能的再生。通過合理調(diào)節(jié)生物打印的參數(shù)，例如打印形式、生物墨水、細(xì)胞選擇，科學(xué)家能制備不同的人造組織和器官，包括肝臟、血管甚至心臟。
由于心臟有特殊的傳導(dǎo)系統(tǒng)，該系統(tǒng)發(fā)生沖動并傳導(dǎo)至心臟各部位，進(jìn)而再通過心肌細(xì)胞之間的電信號傳導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)心房肌和心室肌的節(jié)律性收縮，從而實(shí)現(xiàn)全身的血液循環(huán)。因此，如何增加心肌細(xì)胞之間的電信號傳導(dǎo)，一直是使用包括生物打印技術(shù)在內(nèi)的人工心肌組織制備的難題。
由于生物打印能制備任意形狀的人造組織和器官，通過對人體組織損傷部位的有效成像及建模，損傷部位特定的形貌可以被重建，并能與傷口處實(shí)現(xiàn)無縫對接，顯著提高了再生和修復(fù)效果。特別是在修復(fù)創(chuàng)傷皮膚領(lǐng)域，生物打印已有應(yīng)用實(shí)例。據(jù)報(bào)道，將紅外成像技術(shù)和生物打印噴頭結(jié)合，在掃描過程中進(jìn)行傷口深度的測量和實(shí)時(shí)打印，可以達(dá)到對皮膚創(chuàng)傷的均一修復(fù)。
目前，生物打印進(jìn)入臨床使用尚有一些關(guān)鍵問題亟待解決。例如，打印中所產(chǎn)生的各種溫度變化、剪切力等因素，均會導(dǎo)致細(xì)胞存活率降低，如何改進(jìn)打印設(shè)備使其更加精細(xì)化，降低打印過程中的各種**刺激，提高打印組織的存活率和使用率，是仍需攻克的問題。生物墨水中的各種添加材料，如金納米顆粒，也需要進(jìn)一步進(jìn)行表面修飾，才能在提高生物相容性的同時(shí)不影響細(xì)胞活性。
10年前，生物打印對人們而言可能還是一個(gè)神話，如今已經(jīng)發(fā)展成一項(xiàng)平常的**手段。相信在不久的將來，生物打印必將實(shí)現(xiàn)對于人體組織和器官在結(jié)構(gòu)、功能和形貌上更好的模擬，將再生醫(yī)學(xué)推上一個(gè)新高峰。
