解析——3D打印推動(dòng)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)進(jìn)步

近幾年來，3D打印技術(shù)的問世以及普及，給科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及人們的日常生活帶來了前所未有的便利。在生物醫(yī)學(xué)研究與臨床治療領(lǐng)域，3D打印技術(shù)的貢獻(xiàn)也是功不可沒，下面南極熊就對(duì)這一領(lǐng)域的最新進(jìn)展做一下盤點(diǎn)。

1. Circulation Res：重磅！3D打印補(bǔ)丁或有望修復(fù)心臟病患者受損的心臟

近日，發(fā)表在國(guó)際雜志Circulation Research上的一篇研究報(bào)告中，來自明尼蘇達(dá)大學(xué)等機(jī)構(gòu)的研究人員通過研究開發(fā)出了一種具有革命性的3D生物打印補(bǔ)丁，其能夠幫助修復(fù)心臟病發(fā)作后患者的出現(xiàn)疤痕的心臟組織，該研究對(duì)于后效治療心臟病發(fā)作患者機(jī)體的組織損傷非常關(guān)鍵。

據(jù)美國(guó)心臟協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)顯示，心臟病是引發(fā)美國(guó)人死亡的頭號(hào)兇手，其每年會(huì)引發(fā)超過36萬人死亡；在心臟病發(fā)作期間，患者機(jī)體的血流往往不會(huì)泵入到心臟肌肉中，從而就會(huì)引發(fā)心臟細(xì)胞死亡；我們的機(jī)體無法替換掉這些心肌細(xì)胞，因此機(jī)體的心臟中就會(huì)形成疤痕組織，從而就會(huì)使得患者處于心臟功能受損以及未來暴發(fā)心力衰竭的風(fēng)險(xiǎn)之中。

這項(xiàng)研究中，研究人員利用基于激光的3D生物打印技術(shù)將衍生自成體心臟細(xì)胞的干細(xì)胞摻入到了一種特殊支架中，這種干細(xì)胞就能夠在特殊支架生長(zhǎng)，并且在實(shí)驗(yàn)室的培養(yǎng)皿中還可以實(shí)現(xiàn)同步跳動(dòng)。當(dāng)將細(xì)胞補(bǔ)丁置于模仿心臟病發(fā)作的小鼠模型機(jī)體中時(shí)，研究者發(fā)現(xiàn)在接下來四周時(shí)間里小鼠機(jī)體的心臟功能發(fā)生了明顯的增加，由于這種補(bǔ)丁是由心臟中土生土長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)蛋白和細(xì)胞組成，其會(huì)轉(zhuǎn)變成為心臟中的一部分并且被機(jī)體所吸收，這樣就可以讓患者免于手術(shù)了。

研究者Brenda Ogle說道，這是治療心臟病的一項(xiàng)巨大突破，未來我們或許應(yīng)該擴(kuò)展到對(duì)大型動(dòng)物的心臟進(jìn)行修復(fù)，比如人類。這項(xiàng)研究不同于此前研究的一點(diǎn)就在于研究者能夠根據(jù)原始心臟組織的數(shù)字三維結(jié)構(gòu)蛋白開發(fā)出這種補(bǔ)丁，這種數(shù)字模型能夠通過3D打印技術(shù)制造出心臟天然的物理結(jié)構(gòu)，未來或有望對(duì)衍生自干細(xì)胞的心臟細(xì)胞類型進(jìn)行整合，僅利用3D打印技術(shù)，研究人員就能夠達(dá)到一微米的分辨率來模擬原始心臟組織的結(jié)構(gòu)。

研究者非常驚訝這種3D補(bǔ)丁能夠讓心臟組織具有復(fù)雜性，他們也能夠觀察到支架中排列整齊的細(xì)胞，以及跨越補(bǔ)丁結(jié)構(gòu)的持續(xù)電信號(hào)波。最后Ogle說道，下一步他們還將通過更為深入的研究來開發(fā)在豬心臟中進(jìn)行檢測(cè)的大型補(bǔ)丁，而豬的心臟和人類心臟在尺寸上非常相似。

2. J Neurointerv Surg：顱內(nèi)動(dòng)脈的3D打印模型推動(dòng)高分辨MRI的進(jìn)步

來自南卡羅琳娜醫(yī)科大學(xué)的中風(fēng)神經(jīng)學(xué)家們與與來自麻省理工學(xué)院的生物工程師合作完成了一個(gè)顱內(nèi)狹窄動(dòng)脈的3D仿真模型。這一模型可以被用于規(guī)范高分辨MRI掃描的診斷方法。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在最近的《Journal of NeuroInterventional Surgery》雜志上。

高分辨的血管壁MRI技術(shù)主要用于研究腦血管中的斑塊成分，對(duì)于顱內(nèi)動(dòng)脈粥樣硬化的病理分析具有重要的作用。然而，由于高分辨MRI的操作流程一直以來不夠規(guī)范，使得不同診療單位之間無法共享數(shù)據(jù)。因此該技術(shù)沒有得到長(zhǎng)足的發(fā)展。

為了解決這一問題，來自南卡羅琳娜醫(yī)科大學(xué)的神經(jīng)學(xué)家Turan與來自麻省理工學(xué)院的生物工程師們合作設(shè)計(jì)了一款顱內(nèi)動(dòng)脈仿真血管模型。該模型能夠逼真地反映顱內(nèi)動(dòng)脈的狹窄狀態(tài)以及內(nèi)部存在的斑塊結(jié)構(gòu)。目前，該模型正在各大研究所廣泛研究，并將用于建立標(biāo)準(zhǔn)化的MRI診療方法。文章中的成像試驗(yàn)結(jié)果分別來自于6項(xiàng)美國(guó)境內(nèi)的醫(yī)學(xué)試驗(yàn)以及兩組來自于中國(guó)的醫(yī)學(xué)試驗(yàn)。

精細(xì)的“操作平臺(tái)”是建立高分辨MRI成像技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)流程的重要前提條件。然而，要想完成這一平臺(tái)的設(shè)計(jì)需要若干年的時(shí)間。對(duì)于研究者們來說，下一個(gè)重點(diǎn)研究的問題是在不同的生產(chǎn)廠商出品的MRI儀器之間建立能夠相互識(shí)別的網(wǎng)絡(luò)。

中國(guó)是該“平臺(tái)”的共享地之一，同時(shí)也是顱內(nèi)動(dòng)脈粥樣硬化高發(fā)的國(guó)家之一。Turan正在與協(xié)和醫(yī)學(xué)院的研究者們建立合作，利用更多的試驗(yàn)數(shù)據(jù)完善這一基于3D模型建立的平臺(tái)�！爸挥屑訌�(qiáng)合作，才能夠更快地取得進(jìn)展，而這一平臺(tái)為我們的合作提供了有利的工具”，Turan說道。

3. Biomaterials：什么？菠菜可以用來做心臟組織？

研究人員已經(jīng)成功地使用菠菜葉來造出具有完整血管、能輸送血液的的功能良好的人體心組織。為了解決捐助器官長(zhǎng)期的短缺問題，科學(xué)家一直致力于在實(shí)驗(yàn)室里培養(yǎng)各種組織甚至整個(gè)器官。 但是培養(yǎng)細(xì)胞只是解決方案的一部分 ——如果沒有恒定的血液供應(yīng)，他們根本就不會(huì)茁壯成長(zhǎng)。

構(gòu)建可以工作的精細(xì)血管（也稱為脈管系統(tǒng)）網(wǎng)絡(luò)是非常困難的，特別是毛細(xì)血管，只有5到10微米寬。 血管的功能是傳輸這些組織樣本所需的氧氣和營(yíng)養(yǎng)�，F(xiàn)在由伍斯特理工學(xué)院（WPI）的科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)通過使用植物中已存在的微小的靜脈網(wǎng)絡(luò)，將菠菜葉成功地轉(zhuǎn)化為活的心臟組織。

科學(xué)家在他們的文章中寫道：“植物和動(dòng)物用來輸送液體、化學(xué)物質(zhì)和大分子的方法從根本上是不同的，但是在血管網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方面也有驚人的相似之處�！把芯咳藛T不用試圖從頭開始構(gòu)建脈管系統(tǒng)，他們只需剝離菠菜葉，直到僅剩將葉子保持在一起的精細(xì)纖維素結(jié)構(gòu)。

植物中的纖維素是實(shí)驗(yàn)室生長(zhǎng)樣品中使用的重要材料，因?yàn)樗�已�?jīng)被很好地研究過，與生物組織相容，而且還便宜--植物資源非常豐富且容易生長(zhǎng)。 在這項(xiàng)研究里，科學(xué)家是在當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)上購(gòu)買的菠菜。為了獲得菠菜的細(xì)小血管結(jié)構(gòu)，該團(tuán)隊(duì)通過在葉子中循環(huán)一種洗滌劑溶液來將植物細(xì)胞沖走，這個(gè)過程稱為脫細(xì)胞。

首席研究員Joshua Gershlak說：“我之前已經(jīng)對(duì)人類心臟進(jìn)行了脫細(xì)胞化工作，當(dāng)我看著菠菜葉時(shí)，它讓我想到主動(dòng)脈�！薄八�以我想，讓我們來灌注植物的莖。我們一開始不確定它會(huì)奏效，但事實(shí)證明這個(gè)方法是容易且可復(fù)制的，它在許多其他植物上也奏效。”

該團(tuán)隊(duì)還剝離了歐芹和甜蒿的葉子，并在花生植物毛根中也用了此技術(shù)。他們期望通過進(jìn)一步的研究，讓為不同的組織選擇不同的植物成為可能——例如，木材的結(jié)構(gòu)可能在骨骼工程中是有用的。為了在真實(shí)的組織樣品中測(cè)試?yán)w維素支架，他們最終使用菠菜，因?yàn)樗�和心臟組織一樣具有高密度的輸送管。研究人員將菠菜葉血管結(jié)構(gòu)與心肌細(xì)胞接種，他們興奮地看到，在幾天之內(nèi)，心臟細(xì)胞就像人體組織一樣開始自發(fā)收縮。

Gershlak說：“現(xiàn)在的想法是，既然我們已經(jīng)得到具有血管網(wǎng)絡(luò)的非常薄而平坦的組織，所以我們應(yīng)該能夠疊加多個(gè)葉子并創(chuàng)建一塊心臟組織�！毙呐K組織移植對(duì)于心臟病發(fā)作后，心臟已經(jīng)損傷、不能再愈合的患者是有用的。到目前為止，這項(xiàng)研究只是一個(gè)概念證明，而且該團(tuán)隊(duì)仍在尋找將其與活的人體組織結(jié)合在一起的方式。研究人員寫道：“目前尚不清楚植物脈管系統(tǒng)如何融入人身上的脈管系統(tǒng)，以及是否存在免疫反應(yīng)�！钡�該團(tuán)隊(duì)總體來講還是十分樂觀的。

WPI實(shí)驗(yàn)室的生物醫(yī)學(xué)研究員Glenn Gaudette說： “我們真的相信這種支架能夠幫助治療。 我們還有更多的工作要做，但到目前為止這是非常有希望的�！薄按朔椒ê�(jiǎn)單到只需要資源豐富的菠菜葉，并把它變成一種有血液流經(jīng)的組織，這真是非常令人興奮的，我們希望它能夠在此領(lǐng)域取得重大進(jìn)展。 “這不是科學(xué)家在培養(yǎng)組織時(shí)第一次在植物上尋求啟發(fā)——加拿大渥太華大學(xué)的Pelling實(shí)驗(yàn)室去年成為頭條新聞，他們的項(xiàng)目是用蘋果切片生長(zhǎng)人類耳朵。

而不僅僅是生物組織科學(xué)家們?cè)谥参锵到y(tǒng)內(nèi)部探索——上個(gè)月，研究人員成功地發(fā)展了一個(gè)“機(jī)器人玫瑰”，其莖葉和葉子內(nèi)部具有電子循環(huán)功能。使用菠菜也不是創(chuàng)建人體組織血管網(wǎng)絡(luò)的唯一方法。 科學(xué)家一直在研究使用3D打印來創(chuàng)建血管，并且剛剛有少量成功案例被報(bào)道。時(shí)間會(huì)證明，哪種方法在實(shí)驗(yàn)室外更可行，但這絕對(duì)是一個(gè)令人興奮且矚目的發(fā)現(xiàn)。

4. mBio & eLife：利用小型3D球體模型就能夠有效抵御結(jié)核病

近日，來自南安普敦大學(xué)等機(jī)構(gòu)的研究人員通過研究開發(fā)了一種在實(shí)驗(yàn)室用于研究人類機(jī)體感染的新型3D模型，文章中研究人員利用靜電封裝技術(shù)制造出了一種小型3D球體，其能夠在被結(jié)核分枝桿菌（TB）感染的人類細(xì)胞中產(chǎn)生密切反映患者機(jī)體疾病的狀況，相關(guān)研究刊登于國(guó)際雜志mBio和eLife上。

這種新型3D球體能夠幫助研究人員深入研究機(jī)體感染結(jié)核病時(shí)所發(fā)生的事件，同時(shí)研究者也希望基于本文研究結(jié)果開發(fā)出新型的抗生素療法和抵御結(jié)核病的疫苗。研究者Paul Elkington教授說道，這是結(jié)核病研究領(lǐng)域的一項(xiàng)重大研究進(jìn)展，這種3D球體能夠在膠原蛋白基質(zhì)中被創(chuàng)建以便其看起來和人類肺部非常相似，與此同時(shí)也能夠產(chǎn)生一種特殊環(huán)境來使得治療患者的特殊抗生素能夠有效殺滅引發(fā)肺結(jié)核的細(xì)菌，目前這在其它2D模型系統(tǒng)中還無法實(shí)現(xiàn)，這種新系統(tǒng)或?qū)⒓铀傺芯咳藛T尋找治療人類結(jié)核病新型療法及開發(fā)疫苗的速度。

此外，這種新型3D球體結(jié)構(gòu)還能夠?qū)⒄麄�(gè)實(shí)驗(yàn)過程延長(zhǎng)至三周，是標(biāo)準(zhǔn)2D模型系統(tǒng)的4倍多，還能夠?yàn)榭茖W(xué)家們提供更多信息來闡明患者機(jī)體感染的發(fā)生過程以及不同干預(yù)措施對(duì)患者疾病的效果。

下一個(gè)階段研究人員希望同位于德班的非洲衛(wèi)生研究院的研究人員進(jìn)行合作研究，目前在德班有著較高的結(jié)核病發(fā)病率，而且研究人員也希望盡快引入這種3D模型來對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)結(jié)核病患者機(jī)體的細(xì)胞進(jìn)行深入研究。

研究者Elkington補(bǔ)充道，我們很高興能夠?qū)ρ芯窟M(jìn)一步擴(kuò)展，并且聯(lián)合多個(gè)專家開發(fā)新一代的實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)來用于更多疾病的研究，尤其是那些在資源匱乏國(guó)家中比較流行的傳染性疾�。煌瑫r(shí)我們也將利用所開發(fā)的新型3D模型來同對(duì)臨床樣本進(jìn)行研究的工程學(xué)和生物學(xué)方法進(jìn)行整合，最終開發(fā)出用于研究人類機(jī)體感染的全新系統(tǒng)。

來自非洲衛(wèi)生研究院的研究人員Al Leslie博士表示，目前我們同很多傳染病專家以及工程師在一起工作，我們堅(jiān)信通過長(zhǎng)期的聯(lián)合研究定能在結(jié)核病領(lǐng)域的研究取得突破性的研究成果，同時(shí)我們也希望能夠開發(fā)出新型療法來有效抵御結(jié)核病的傳播，當(dāng)然本文中所開發(fā)的新型3D模型也將會(huì)加速我們?cè)诘钟�致死性疾病傳播領(lǐng)域的發(fā)現(xiàn)步伐。

5. Biofabrication：首次開發(fā)出三維生物打印機(jī)打印人皮膚

在一項(xiàng)新的研究中，來自西班牙馬德里卡洛斯三世大學(xué)（UC3M）和格雷戈里奧-馬拉尼翁綜合大學(xué)醫(yī)院（Hospital General Universitario Gregorio Marañón）的研究人員與BioDan集團(tuán)（BioDan Group）合作，開發(fā)出一種三維生物打印機(jī)原型，從而能夠制造出完全功能性的人類皮膚。這種皮膚適用于移植到病人體內(nèi)或者用于研究或測(cè)試化妝品、化工產(chǎn)品和藥用物品。相關(guān)研究結(jié)果近期發(fā)表在Biofabrication期刊上，論文標(biāo)題為“3D bioprinting of functional human skin: production and in vivo analysis”。

在這項(xiàng)研究中，研究人員首次證實(shí)利用這種新的三維打印技術(shù)制造出合適的人類皮膚是可能的。論文共同通信作者、UC3M生物工程與航空航天工程系教授José Luis Jorcano指出這種皮膚“能夠被移植到病人體內(nèi)，或者用于商業(yè)環(huán)境中大量地測(cè)試化工產(chǎn)品、化妝品或藥用物品，并且針對(duì)這種測(cè)試制定出與這些用途相匹配的時(shí)間表和價(jià)格”。

這種新的人類皮膚是利用生物打印制造出的人類器官之一。它具有天然的人類皮膚的組織結(jié)構(gòu)：位于最外面的具有角質(zhì)層的表皮，起著抵御外部環(huán)境的作用；比表皮位于更深處和更厚的真皮。真皮是由產(chǎn)生膠原蛋白的成纖維細(xì)胞組成的。膠原蛋白讓皮膚具有彈性和機(jī)械強(qiáng)度。

生物墨水（bioink）是三維生物打印的關(guān)鍵。當(dāng)利用三維生物打印機(jī)制造皮膚而不是墨水盒和彩色墨水時(shí)，研究人員使用了攜帶生物組分的噴射器。根據(jù)格雷戈里奧-馬拉尼翁綜合大學(xué)醫(yī)院研究員Juan Francisco del Cañizo的說法，“了解如何混合這些生物組分、在什么條件下利用它們開展研究以至于細(xì)胞不會(huì)發(fā)生功能惡化以及如何正確地儲(chǔ)存產(chǎn)品，在這種系統(tǒng)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用�！眱�(chǔ)存這些生物墨水的行為是由一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制著的。這臺(tái)計(jì)算機(jī)以一種有序的方式將它們儲(chǔ)存在打印床上，隨后制造出人皮膚。

制造這些組織的過程能夠以兩種方式開展：利用很多細(xì)胞制造同種異體皮膚用于工業(yè)過程；利用病人自己的細(xì)胞制造自體皮膚用于治療目的，如用于治療重度燒傷，這種自體皮膚制造方法依具體情況而定。研究人員注意到，“我們僅使用人細(xì)胞和組分制造出具有生物活性的皮膚，這種皮膚能夠產(chǎn)生它自己的人膠原蛋白，因而避免其他方法中使用的動(dòng)物膠原蛋白。”這并不是全部，這是因?yàn)樗麄円舱�在尋找打印其他人組織的方法。

這種新技術(shù)具有幾種優(yōu)勢(shì)。BioDan集團(tuán)首席執(zhí)行官Alfredo Brisac指出，“這種生物打印方法允許以一種標(biāo)準(zhǔn)化的自動(dòng)化方法制造皮膚，而且這種方法并不如手工制造那么昂貴。”

當(dāng)前，這種制造方法正在接受不同的歐洲監(jiān)管機(jī)構(gòu)的審批以便確保制造出的這種皮膚適用于移植到燒傷病人和具有其他皮膚問題的那些病人體內(nèi)。此外，這些組織能夠被用于測(cè)試藥用物品、化妝品消費(fèi)者化工產(chǎn)品，畢竟當(dāng)前的法律要求這種測(cè)試不能在動(dòng)物體內(nèi)開展。

6. Cell Stem Cell:創(chuàng)造人工腎臟可能需要這種技術(shù)

美國(guó)薩克研究所的科學(xué)家們最近開發(fā)了一種在體外培養(yǎng)腎祖細(xì)胞（Nephron Progenitor Cells）的方法，在此之前一些維持腎祖細(xì)胞培養(yǎng)的嘗試經(jīng)常失敗，培養(yǎng)的細(xì)胞或者死亡或者失去發(fā)育潛能，無法保持祖細(xì)胞狀態(tài)。

腎祖細(xì)胞，至少對(duì)人類來說，經(jīng)常只存在于胚胎發(fā)育的一個(gè)短暫階段。這些細(xì)胞會(huì)繼續(xù)發(fā)育形成腎單位，負(fù)責(zé)血液過濾排出尿液。但是成人體內(nèi)不存在腎祖細(xì)胞，在損傷或疾病狀態(tài)下，不能生成新的腎臟組織�？茖W(xué)家們認(rèn)為在實(shí)驗(yàn)室中獲得腎祖細(xì)胞將為研究腎臟發(fā)育最終幫助治療腎臟疾病提供一種新方式。

其他科學(xué)家曾經(jīng)使用誘導(dǎo)多能干細(xì)胞獲得腎祖細(xì)胞樣細(xì)胞，這種方法通常需要花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間，并且很難分離得到比較純的細(xì)胞群體，產(chǎn)生的腎祖細(xì)胞樣細(xì)胞也只能維持較短時(shí)間，幾天之內(nèi)就會(huì)發(fā)育成熟變成成體腎臟細(xì)胞，因此一直以來沒有穩(wěn)定的祖細(xì)胞群體可供科學(xué)研究。

在研究伊始，研究人員直接從小鼠胚胎中分離腎祖細(xì)胞，開發(fā)能夠維持祖細(xì)胞狀態(tài)的方法。他們發(fā)現(xiàn)如果將細(xì)胞培養(yǎng)在3D培養(yǎng)條件下，再加入一些信號(hào)分子混合物，就能夠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定維持腎祖細(xì)胞狀態(tài)。隨后將這些3D培養(yǎng)的祖細(xì)胞轉(zhuǎn)移到其他條件或移植到動(dòng)物體內(nèi)可以發(fā)育形成具有功能的腎單位樣結(jié)構(gòu)。

接下來研究人員又利用人類胚胎腎祖細(xì)胞以及從干細(xì)胞分化得到的人類腎祖細(xì)胞找到了適用于人類腎祖細(xì)胞培養(yǎng)的方法。他們?cè)僖淮巫C明這種方法能夠在體外長(zhǎng)期維持腎祖細(xì)胞。研究人員表示該研究使用的3D培養(yǎng)策略也有可能應(yīng)用于其他類型祖細(xì)胞的培養(yǎng)。他們計(jì)劃接下來研究培養(yǎng)發(fā)育成完整腎臟所需的其他類型祖細(xì)胞的方法。如果能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)其他類型祖細(xì)胞的培養(yǎng)，那距離創(chuàng)造一顆可供移植的人工腎臟將不再遙遠(yuǎn)。

7. PNAS：利用干細(xì)胞定制具有抗炎作用的3D打印軟骨

為了不用手術(shù)就可以治療磨損發(fā)炎的髖關(guān)節(jié)，科學(xué)家們?cè)陬愃企y關(guān)節(jié)股骨頭的3D支架上誘導(dǎo)干細(xì)胞進(jìn)行編程生長(zhǎng)為新的軟骨，同時(shí)結(jié)合基因治療還可以激活新軟骨釋放抗炎分子防止關(guān)節(jié)炎復(fù)發(fā)。該工作由華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究人員完成，發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊PNAS上。

這項(xiàng)技術(shù)使用了一種3D可生物降解的合成支架，這種支架可以根據(jù)病人關(guān)節(jié)的準(zhǔn)確形狀進(jìn)行定制，再利用病人皮膚下脂肪組織中的干細(xì)胞誘導(dǎo)形成軟骨，將其覆蓋在3D支架上從而獲得新的關(guān)節(jié)軟骨。隨后將新軟骨植入發(fā)炎髖關(guān)節(jié)表面，用活組織重新覆蓋髖關(guān)節(jié)，從而消除關(guān)節(jié)炎疼痛，延緩甚至消除一些病人對(duì)關(guān)節(jié)替換手術(shù)的需要。

除此之外，研究人員還借助基因療法將一個(gè)基因插入到新生的軟骨細(xì)胞中，再用一種簡(jiǎn)單藥物將其激活，該基因可以促進(jìn)抗炎分子的釋放進(jìn)而防止關(guān)節(jié)炎復(fù)發(fā)。“在有炎癥的時(shí)候，我們可以給病人一種簡(jiǎn)單的藥物，激活我們植入的基因來降低關(guān)節(jié)部位的炎癥，這樣我們就可以在任意時(shí)候停止給藥來關(guān)閉基因的表達(dá)�！毖芯咳藛T這樣說道。

這種基因療法是非常重要的，當(dāng)關(guān)節(jié)部位的炎癥分子水平增加，軟骨會(huì)受到損傷，疼痛也會(huì)出現(xiàn)。將基因療法加入到干細(xì)胞和3D打印支架技術(shù)中，研究人員相信這將有助于阻止關(guān)節(jié)炎復(fù)發(fā)，讓植入軟骨發(fā)揮更長(zhǎng)時(shí)間的作用。

有數(shù)據(jù)表明目前有3000萬人美國(guó)人被診斷為骨關(guān)節(jié)炎，而骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)生率處于上升態(tài)勢(shì)。該數(shù)字中包含許多年齡在40到65歲的相對(duì)年輕病人，這些病人由于受到年齡限制還不適合進(jìn)行關(guān)節(jié)替換手術(shù)，而傳統(tǒng)的方法又不是特別有效。研究人員認(rèn)為這部分病人或在將來成為使用這種新技術(shù)的理想候選人

8. 世界上首例3D打印藥物問世

毫無疑問，3D打印技術(shù)正在改變整個(gè)世界。從工業(yè)生產(chǎn)到設(shè)計(jì)，醫(yī)藥以及電力，這一技術(shù)對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)生了革命性的推動(dòng)作用。它將曾經(jīng)昂貴且不易獲得的產(chǎn)品變得廉價(jià)而又普遍。

因此，我們對(duì)Aprecia制藥公司剛剛發(fā)布的一項(xiàng)聲明也不會(huì)感到意外。根據(jù)《Science News Journal》的報(bào)道，Aprecia藥業(yè)成為首個(gè)利用3D打印技術(shù)生產(chǎn)藥物的企業(yè)，它們首次通過這一方法生產(chǎn)的藥物叫做"Spritam"，主要用于治療羊癲瘋。目前，該藥物不僅被成功打印出來，而且得到了FDA的批準(zhǔn)，目前該藥物已經(jīng)在美國(guó)上市。3D打印藥物的明顯優(yōu)勢(shì)在于其快速溶解的特性。通過3D打印的方法，這些藥物以粉末為初始形態(tài)，通過逐層疊加成為最后的藥片。

對(duì)于"Spritam"來說，3D打印使得其更能夠滿足吞咽能力障礙的患者的需求（羊癲瘋患者通常會(huì)有這樣的癥狀）。這些藥物在剛進(jìn)入喉嚨時(shí)能夠快速溶解，不會(huì)造成氣管的堵塞。3D打印將會(huì)最終推動(dòng)個(gè)體化劑量以及定制藥物組合等未來醫(yī)療方向的發(fā)展。更重要的是，這一藥物的成功將會(huì)為其它藥物的3D打印提供新的希望。

3D打印藥物是3D打印技術(shù)一個(gè)革命性的突破，從此，它的用途不僅局限于電子產(chǎn)品與玩具，而是更為嚴(yán)肅的，與人類健康息息相關(guān)的藥物產(chǎn)品。從3D打印器官，假肢，到如今的藥物，標(biāo)志著未來醫(yī)療發(fā)展的新方向。

9. Biofabrication：手持式3D“打印筆”可高效打印出人類干細(xì)胞

近日，刊登于國(guó)際雜志Biofabrication上的一項(xiàng)研究報(bào)告中，來自澳大利亞的研究人員通過研究，利用一種手持式的3D打印筆在自由模式下成功繪制出了具有較高生存率的人類干細(xì)胞。研究者開發(fā)的這種新型設(shè)備可以幫助外科醫(yī)生在手術(shù)期間進(jìn)行個(gè)性化的軟骨移植。

研究者指出，利用水凝膠式的“生物墨水”來攜帶并且支持人類干細(xì)胞生長(zhǎng)，并且利用較低的光源來凝固“生物墨水”這種打印筆運(yùn)輸?shù)母杉?xì)胞的存活率就會(huì)超過97%。而這種新型的3D打印筆同時(shí)也為組織工程學(xué)研究帶來極大幫助，比如其可以逐層打印出細(xì)胞，用來構(gòu)建可供移植的人工組織。

但在某些情況下，比如進(jìn)行軟骨修復(fù)的過程中，植入物的精確幾何學(xué)特性或許就不能夠被精確應(yīng)用于外科手術(shù)中，這就使得進(jìn)行人工軟骨組織移植物的前準(zhǔn)備工作變得復(fù)雜而且困難；新型打印筆的作用就好像外科醫(yī)生的手一樣，可以將定做好的支架或移植物準(zhǔn)確填入患者機(jī)體缺失的部位。研究者Choong教授說道，這種新型設(shè)備的開發(fā)是科學(xué)家和臨床醫(yī)生共同努力的成果，對(duì)于改善研究以及患者的治療將帶來空前的改變。

這種打印筆比較輕便小巧、具有人體工程學(xué)特性及可消毒特性，同時(shí)還配備有較低功率的光源及固化劑；研究者認(rèn)為這種新型設(shè)備后期將可以更好地幫助科學(xué)家們“繪制打印”出人類干細(xì)胞以供臨床研究是治療之用。

10. Biomaterials：3D打印技術(shù)用于大腦研究

在一項(xiàng)發(fā)表在Biomaterials雜志的研究中，來自澳大利亞和美國(guó)的一隊(duì)研究人員用3D方法打印大腦結(jié)構(gòu)的方法，以便培養(yǎng)神經(jīng)細(xì)胞模擬真實(shí)的大腦。大腦占有2%體重，由超過一億個(gè)神經(jīng)元細(xì)胞組成，是個(gè)非常復(fù)雜的器官�？茖W(xué)家能運(yùn)用動(dòng)物模型研究大腦，但最近很多工作都在試圖尋求替代品，此舉受到英國(guó)國(guó)家中心NC3Rs（National Centre for the Replacement, Refinement & Reduction of Animals in Research）的支持。

其中一種替代品是在實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)造大腦模型：在結(jié)構(gòu)材料中培養(yǎng)大腦細(xì)胞，讓科學(xué)家在組織中觀察。在這之前，這僅在二維上有可能——產(chǎn)生細(xì)胞薄膜。Gordon教授與同事們利用3D打印技術(shù)，模仿大腦的層狀3D結(jié)構(gòu)以更準(zhǔn)確的模擬大腦。最近幾年3D印刷的到來，創(chuàng)造含有某種材料甚至是活細(xì)胞的結(jié)構(gòu)，讓我們開始探索非常基礎(chǔ)的問題。在類似真實(shí)大腦的3D結(jié)構(gòu)中觀察發(fā)生的的情況，使我們更好的理解阿爾茲海默癥、帕金森病等退行性疾病。

這個(gè)多學(xué)科成員組成的小組中有臨床醫(yī)生，生物學(xué)家，材料學(xué)家和化學(xué)家等，他們用結(jié)冷膠來創(chuàng)建新的三維結(jié)構(gòu)。結(jié)冷膠是由細(xì)菌鞘氨醇單胞菌伊樂組成，經(jīng)常在微生物實(shí)驗(yàn)室用于膠化劑。他們用結(jié)冷膠創(chuàng)建生物油墨，而它們與大腦細(xì)胞結(jié)核。結(jié)冷膠有助于細(xì)胞生長(zhǎng)，用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)發(fā)揮作用。Biomaterials主編Kam教授解釋了這項(xiàng)研究的重要性，無法接近人的大腦細(xì)胞使對(duì)大腦的分子研究充滿挑戰(zhàn)。大腦類結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)用于分析疾病模型和藥物研發(fā)都非常寶貴的價(jià)值。

來源：生物谷
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