3D打印技术的现状与未来

作者: 赛先生

来源: 生物谷

发布日期: 2016-03-29 07:03:23

3D打印技术在医疗行业的应用正在改变生产观念,从人造器官到个性化药物,展示了其在精准医疗中的巨大潜力。

从上世纪90年代开始到现在的30年里,3D打印从开始运用于汽车和航天等制造业,到近几年应用于医疗行业,打印出组织器官,并且协助完成手术,3D打印可谓改变了生产观念。在医疗行业,3D打印人造肝脏组织、3D打印人造耳、3D打印牙冠等出现在人们的视野里,3D打印为器官移植提供了多一种可能,给医疗行业带来了新的希望。

Nature Biotechnology杂志在线发表一篇文章,文章中,研究人员揭示了一种新型的3D打印技术——Integrated Tissue and Organ Printing(集成式的组织和器官打印技术),该打印技术能够构建出结构稳定且具备功能的人耳器官、骨骼和肌肉组织,更重要的是这些组织器官融入微通道,能够维持其继续生长形成血管、软骨等系统,从而发挥功能。

本文就3D打印的现状及进展做一整理,帮助大家梳理一下该技术的进展情况。

由于3D打印技术可以快速实现几乎任意的形状,所以它在牙科领域中的应用正在快速增加,因为牙科产品是最需要个性化的。但由于研发这种东西需要相当专业的知识和设备(如高精度3D打印机),所以到目前为止,只有达到一定规模的企业才有实力将它们做出来。不过,这种情况可能很快就会改变,因为最近,新泽西理工学院学生Amos Dudley成功利用3D打印自行制作出了一个可用的牙套!

美国科学家研发出了一款可以打印大尺寸“活”组织的3D打印机,这些组织移植到老鼠身上后能够长时间地存活,并逐渐“融入”到了周围的组织里。这项新的突破使科学家距离3D打印出真正的组织乃至器官,并将其用于临床治疗又近了一步。

现今3D打印技术正如火如荼的渗透到人们生活的各个领域,特别是在医药领域的发展可圈可点。最大的优势就是3D打印技术可以依据病患的特点和要求真正实现个性化制造,成为辅助精准医疗的有力手段。

日前,在London Clinic私立医院,Urology Prokar Dasgupta教授成功地为一位来自伦敦的65岁患者Alexander Spyrou先生切除了前列腺肿瘤。在这个手术中,Dasgupta使用了患者带肿瘤的前列腺的3D打印模型。

3D打印正在多个垂直行业颠覆制造过程,尤其是在医疗领域,3D打印技术的应用导致了更多创新、高效的产品出现。日前,市场研究机构Transparency Market Research在其最新的研究报告中,分析了全球3D打印医疗垂直应用市场,预测从2013年至2019年该市场的年复合增长率将达15.4%。

在最近一项发表在国际学术期刊Nature Biotechnology上的研究中,科学家首次使用3D打印机以活细胞为“墨水”制造出人类真实大小的器官和组织。这些打印出来的机体结构不仅足够大足够结实,可以用于替换机体“原装配件”,还可以进行个性化定制同时具有功能性。

3日的新闻发布会上,华西都市报记者罗琴提问成都市委常委、高新区党工委书记吴凯。谈到成都高新区加快自主示范区建设的创新成果时,吴凯以全球首创的生物血管打印机为例,展示了成都国家自主创新示范区的全球领先实力。

神经系统疾病一直是困扰着医学工作者的一个难题。而这其中神经元的损伤则是导致神经系统疾病的重要诱因。因此,如果要治疗这些疾病,如何修复受损神经元就成为了摆在科学家面前的头号难题。一直以来,人们都在寻找有效方法来促使受损神经元再生,如今来自明尼苏达大学、普林斯顿大学等机构的研究人员发现3D打印技术或许将在这一问题上发挥意想不到的作用。

Aspect Biosystems位于加拿大温哥华,是一家屡获殊荣的生物技术初创公司,专门从事3D生物打印和人体组织工程。该公司生产的一款3D打印机,可以通过3D打印制造出具有全面生物功能的人体组织,并可被用于危险或实验性药物的测试中,最终还可能制造出可移植的生物打印器官。

大脑是一个极其复杂的机体结构,其拥有大约86亿的神经细胞,目前研究者所面临的挑战就是创建一种台式脑组织,这样研究者就可以对大脑的结构进行精细化研究了。近日一篇发表在国际杂志Biomaterials上的一项研究报告中,来自国外的研究人员通过模拟脑组织的结构开发出了一种掺入神经细胞的新型3D打印层状结构。

对于Ⅰ型糖尿病患者来说,“胰岛移植”这种实验性手术也许可以帮助他们解决胰岛素缺乏的问题。这种手术将健康捐献者的胰岛细胞移植到Ⅰ型糖尿病患者体内,但是带来的副作用则是患者需要终身服用免疫抑制类药物以防止身体对外来植入细胞产生排斥反应。最近,科学家找到了一种新的办法–利用3D打印的支架对移植胰岛细胞进行保护。

3D打印的出现引起了人们在人工器官方面极大的兴趣,这意味着替换甚至是提高,人类机械。打印的器官,例如,由新泽西的普林斯顿大学和巴尔的摩的约翰霍普金斯大学的研究者们开发的外耳的原型将在4月15-17号纽约召开的3D打印会议上展出。这个外耳由多种材料打印而成:水凝胶形成一个耳朵样的支架,细胞生长以形成软骨,银质纳米颗粒以形成触角。

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