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3D打印技術的威力 修復你的身體(組圖)_0

未知 2019-06-16 14:08

  OFweek工控網訊:3D技術的隆重登場,或將為醫學界的研究人員帶來新的材料和技術手段,未來我們手術室也將變得不像手術室,用打印工作室來來說明更為貼切。依靠打印技術來救治病人,聽起來似乎有點不靠譜,但最近蘇格蘭Heriot-Watt大學一個研究小組將它變成了現實。

  研究人員使用裝載著控制閥的細胞打印機制造出利于干細胞培養的材料,簡單而言,就是制造了一個全新的干細胞營養房,從人體中提取的干細胞在這種特殊材料中繁殖的速度會優于傳統的培養方法。

  從理論上來看,如果這些細胞的繁殖速度足夠快的話,充足的干細胞還可轉變為人體內各種不同類型肌肉組織或者內臟器官,能夠為眾多苦苦等待捐獻器官的病患者解決眉燃之急。

  有觀點認為,有了3D打印技術,未來科學家們再也不需要在動物身上培養各種干細胞,也不需要為器官短缺的問題再感到無計可施了。事實上,近年醫學界在3D打印技術上的各種應用已取得不錯的成績,以下就為大家介紹幾款領先應用,3D打印技術的威力有多大,不妨來先來圍觀一下。

  治療人體老化脊椎

  美國康奈爾大學的科學家研究小組在利用3D打印技術造出人造耳朵之后,這支由LawrenceJ.Bonassar博士領導的研究小組最近又帶來一則喜訊:3D打印技術將可以助你修復退化的脊椎間盤,美國30萬脊椎病人將會受惠于這項技術。

  據Bonassar博士介紹,這項治療人體脊椎的3D手術,需要配備一臺3D打印機頭和掃描儀,打印機將在病人脊椎間盤特定位置精準打印出字符串般的干細胞,干細胞就會按照預先設定的生物編程自行分裂生長,依靠干細胞的自我填充能力將幫助病人形成全新的脊椎間盤組織,數周后患者就可以重新板直腰骨走路了。



  事實上,這項技術設想離我們并不遙遠。該技術早已經在100多只老鼠身上實驗成功。Bonassar博士表示,即使在如脊髓病變這種極端的例子,3D打印技術也有辦法解決,將會根據不同病人的需要創造出全新的脊椎間盤。相對而言,雖然替換脊椎比修復脊椎對人體更具有侵入性,但無論如何,這兩種方法對脊椎病人來說都要優與以往定型手術。

  Bonasser博士同時指出,從早前FDA沒有通過3D打印人頭骨蓋的技術申請可以估計到,這項技術有可能觸犯美國食品和藥物管理局的規定,他希望憑借這項研究能夠幫助更多有需要的患者。

  耳朵移植更方便

  每個人的耳朵都不盡相同,移植一直并不比頭骨移植容易得多,往往需要更長的時間準備材料,這一直是眾多外科醫生頭痛的問題之一。

  上文提到,這款3D打印耳朵也是LawrenceJ.Bonassar博士領導的研究小組的研究成果,無論是時間上還是材料定型上,他們利用3D打印技術制造的人造耳朵都較以往有了突破。

  據介紹,在打印這些耳模時,需要借助一種可以注入膠原蛋白和活細胞的凝膠,三個月之后,更換軟骨膠原后的耳膜和傳統人造耳朵甚至人耳幾乎沒差別,3D技術使得換耳手術變得更為方便和簡單了。Bonassar博士評論道。


  打印腎臟和動脈網絡并不遙遠

  早在2011年,外科醫生安東尼阿塔拉在TED演講會上就概述了未來我們可以通過三維技術打印出腎臟以及其他內臟器官的暢想,盡管這項技術仍在進一步完善中,也有很多質疑的聲音,但目前醫學界的學者們對此一直報以很高的期待。

  據安東尼阿塔拉介紹,這項技術需要通過X射線掃描病人身體數據,然后把數據上傳到打印機,大約需要7個小時就可以打印一個人造的腎臟,解決器官資源短缺的問題指日可待。

  他表示,再生醫學的難題在過去二年來未能完全解決,皆因為再生材料的選擇和干細胞體外培養問題沒有還找到完美的辦法,3D打印技術在這兩個問題上將會帶來一些突破,我們對它的期望很高。阿塔拉目前在致力于開發30多種不同的可打印器官組織,如何讓這款3D打印的腎臟更能適配人體環境是他的重要課題之一。

  眾所周知,再生醫學也不是什么新概念,大半個世紀以來,醫學界的精英們一直在積極把各種可再生材料搬上臨床應用,以幫助人類解決器官資源短缺的問題,如在動物身上培養干細胞等等。體外培養干細胞和血管網絡建造也是醫學界數十年來醫學成果,其中攻克動脈血管的建造至今仍是醫學家們著力解決的難題之一。

  2012年麻省理工學院巴蒂亞教授的研究團隊率先成功通過3D打印機打印了一個基礎動脈網絡,據介紹,這項打印技術的關鍵是對血管中空結構的處理。

  巴蒂亞教授和她的團隊設計一個簡單的解決方案,先構建一個堅實的外層結構,但中心層由可溶解物質如蔗糖、葡萄糖等混合物填充,以此解決空心結構的問題。這款打印出來動脈血管可以正常接收來氧氣和營養物質,目前這些3D動脈血管已在巴蒂亞教授的指導下進行臨床實驗。

  值得注意的是,以上打印器官、打印動脈這些概念得以實現,少不了一款神奇的生物墨水,這些年來,愛荷華州立大學的Ozbolat教授領導的研究小組努力研究的就是這種神奇的墨水,他表示,這些一對一的器官生物墨水對人類所需要的再生材料的形成有至關重要的作用。

  目前,Ozbolat教授的團隊正致力于研究一個對葡萄糖敏感的胰腺打印器官。這類器官既可以在實驗室繼續生長,又可以適應體內環境并幫助調節血液的葡萄糖濃度,對糖尿病患者有很大的幫助。

  艾瑪們的魔法武器

  當然了,不是所有的3D技術都要用到很驚人的科學元素。艾瑪今年5歲,但從出生開始就不幸患上關節攣縮疾病,需借助假肢的力量才可以移動身體。

  艾瑪年輕的身體長得快,頻繁更換假肢讓她的父母里感到吃力,事實上,艾瑪的假肢經常也被摔壞。最近她的醫生為她配備一副全新的神奇的3D打印武器,可伸縮的流動性裝置讓艾瑪從此擺脫了生硬假肢的束縛,也無需要頻繁更換假肢了。

  為艾瑪提供魔法武器的Stratasys公司,也率先將3D技術引入牙科治療,為病人提供更快更精準的牙齒治療。鑲嵌假牙的傳統方法首先用凝膠填滿病人的口腔,為了取得精準的牙模。這個過程常常讓病人感到難受和痛苦。有了3D打印掃描技術,醫生只需要對病人的口腔簡單掃描就可獲得病人口腔所有的數據,既方便又準確。

  Stratasys公司負責人表示,按照傳統的方法,牙模從實驗室出來到你的手上至少需要一周的時間,借助3D技術,未來病人可能第二天就能拿到牙模,甚至有可能是掃描之后的1小時內。專家指出,這項技術操作很方便簡易,普及到小社區的醫院將會讓更多居民受益。

  3D技術的隆重登場,或將為醫學界的研究人員帶來新的材料和技術手段,未來我們手術室也將變得不像手術室,用打印工作室來來說明更為貼切。現實和理想之間有多遠,3D技術到底能多大程度造福人類。我們耐心等等看吧。

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