3D打印

3D打印發(fā)展到新高度,可直接在人體內(nèi)進(jìn)行骨骼打印!

2025China.cn   2021年05月24日

(骨骼打印技術(shù)演示,圖片截自新南威爾士大學(xué)官方發(fā)布視頻)

  3D打印已經(jīng)逐漸進(jìn)入到各行各業(yè)的實際應(yīng)用當(dāng)中,大到房子、學(xué)校,小到眼鏡、螺絲,幾乎無不能打印之物。但科學(xué)家最近將3D打印發(fā)展到了另一個高度:直接在人體內(nèi)進(jìn)行骨骼打印。

  想象病人躺在手術(shù)臺上,而醫(yī)生正在一旁用3D打印機(jī)在病人身體上往里面打印骨細(xì)胞……這聽上去似乎很可怕,但它無可否認(rèn)為許多當(dāng)前骨替代技術(shù)所存在的問題給出了一個好的解決辦法。

  目前,最好的、最行之有效的骨替代方法是自體移植,但遺憾的是,這種方法排斥率較高,而且可獲得的骨量是有限的。而其他合適的合成替代物,包括使用水凝膠、熱塑性塑料,甚至是生物陶瓷“超彈性”假骨,同樣遇到了排斥。這主要是由于構(gòu)成典型人體骨骼的活體和死體組織的獨特組合。

  研究解釋到:“骨是一種高度礦化的組織。它是在環(huán)境條件下,在有機(jī)基質(zhì)內(nèi)的礦物質(zhì)相在骨殘留細(xì)胞的作用下連續(xù)結(jié)晶形成的?!惫俏h(huán)境的異質(zhì)性復(fù)制一直是構(gòu)建生物仿生骨支架的主要挑戰(zhàn)。

  為了應(yīng)對這一系列令人生畏的挑戰(zhàn),新南威爾士大學(xué)的團(tuán)隊花了兩年時間完善了一種生物相容性的磷酸鈣材料。這意味著它不會有被宿主排斥的風(fēng)險,而且這種材料在室溫下也能形成一種可塑性的糊狀物。

  在實驗當(dāng)中,團(tuán)隊將這種材料放在明膠浴或其他水環(huán)境中,以模擬人體內(nèi)部,引起化學(xué)反應(yīng),使糊狀物硬化成多孔基質(zhì)或納米晶體,很像它所替代的實際人體骨骼。

(打印出的類骨骼陶瓷材料,圖片截自新南威爾士大學(xué)官方發(fā)布視頻)

  “這是第一個將在許多方面都可以媲美原生骨的陶瓷材料與活細(xì)胞相結(jié)合的例子,”論文合著者,新南威爾士大學(xué)化學(xué)學(xué)院的Kris Kilian博士在學(xué)校官方發(fā)布的短視頻中說,“為未來手術(shù)開辟了一個全新的可能性——醫(yī)生未來可以直接在患者腔內(nèi)打印患者的骨頭。”

  Kilian進(jìn)一步解釋了這項技術(shù)的優(yōu)勢,他描述說:“在手術(shù)過程中,如果他們[患者]因為疾病而切除了骨頭,或者取出了腫瘤。那么我們實際上可以對患者原生的骨頭進(jìn)行掃描,然后將其放到3D打印機(jī)上,然后在患者的腔內(nèi)用他們原來的細(xì)胞直接進(jìn)行打印。而這些細(xì)胞或許能夠再移植,并自然地在體內(nèi)形成原生骨?!?/FONT>

  研究團(tuán)隊的具體方法仍在完善中,但他們使用現(xiàn)成的3D打印機(jī),特別是Hyrel 3D Engine HR進(jìn)行了成功的測試。論文合著者,新南威爾士大學(xué)醫(yī)學(xué)院的生物工程師Iman Roohani博士說,他們的工藝被稱為'COBICS',即Ceramic Omnidirectional Bioprinting in Cell-Suspensions(細(xì)胞懸浮液中的陶瓷全向生物打印技術(shù)),未來,他們的工藝也可以適應(yīng)在其他類型的3D打印機(jī)上工作,包括便攜式和手持式,可以直接在手術(shù)室中使用?!澳阈枰獮槊糠N應(yīng)用設(shè)計打印機(jī),”他在IEE Spectrum的文章中解釋說,“但該技術(shù)的概念和原理是相似的?!?/FONT>

  展望未來,該團(tuán)隊現(xiàn)在正在設(shè)計一個浴池,讓他們打印更大的替代骨樣本。據(jù)報道,他們正在進(jìn)行小型動物測試,以了解它與傳統(tǒng)骨移植的關(guān)系。

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