淺談3D打印發(fā)展的新高度

3D打印已經(jīng)逐漸進(jìn)入到各行各業(yè)的實(shí)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(dú)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。”骨微環(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(duì)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(shí)驗(yàn)當(dāng)中，團(tuán)隊(duì)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(shí)際人體骨骼。

“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(xiàng)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?yàn)榧膊《谐斯穷^，或者取出了腫瘤。那么我們實(shí)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?！?/p>

研究團(tuán)隊(duì)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?！?/p>

展望未來，該團(tuán)隊(duì)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。
編輯：lyn