3D打印之生物打印

,3D打印技术在医学领域的应用,2017/12/12,指导老师：,学 生：,生物打印机生物打印的前景和遇到的问题三 3D打印在医学领域的应用,一、生物打印机,1.1 名字由来3D生物打印机是指国外媒体2010年6月6日报道的、由美国Organovo公司研制的、“按需打印”患者所需的人体活器官的机器。器官移植可以拯救很多人体器官功能衰竭或损坏的患者生命，但这项技术也存在器官来源不足、排异反应难以避免等弊端。不过，随着未来“生物打印机”的问世，这些问题将迎刃而解。,据媒体2013年8月7日报道，杭州电子科技大学等高校的科学家自主研发出一台生物材料3D打印机。,1.2 原理,3D生物打印机基于现有技术发明，利用一层层的生物构造块，去制造真正的活体组织。这一技术尚处于初级阶段， 3D生物打印机有两个打印头，一个放置最多达8万个人体细胞，被称为“生物墨”；另一个可打印“生物纸”。,所谓生物纸其实是主要成分是水的凝胶，可用作细胞生长的支架。3D生物打印机使用来自患者自己身体的细胞，所以不会产生排异反应。据介绍，这种机器首先“打印”器官或动脉的3D模型，接着将一层细胞置于另一层细胞之上。打印完一圈“生物墨”细胞以后，接着打印一张“生物纸”凝胶,不断重复这一过程，直至打印完成新器官。随后，自然生成的细胞开始重新组织、熔合，形成新的血管。每个血管大约需要一小时形成，而熔合在一起需要数天时间。Organovo公司首席执行官基思墨菲在接受工程师杂志采访时指出，最终有一天，只需轻轻按下按钮，就能让3D生物打印机制造出我们所需要的器官。,二 生物打印的前景和遇到的问题,从全球来看，生物打印技术在主动脉瓣、种植手术导板、人工下颚等领域已应用。血管打印已初步实现。其最终的目标，是实现活体器官的打印。不过，生物打印还有很多技术瓶颈需要突破，比如：打印复杂的血管系统、细胞彼此间如何传递信号、活细胞如何 “启动”等等，生物打印的时代还有很长的路要走。,二 3D打印技术在医学领域的应用,世界第一例3D打印技术用于临床,俄亥俄州的小男孩Kaiba Gionfriddo，极端罕见的先天性气管支气管软化症，无法自主呼吸，每日面临死亡威胁。密西根大学医学院根据CT影像利用3D打印机打印了一个气管支架植入体内，7天后撤离呼吸机自主呼吸。2013年5月23日发表在新英格兰医学杂志。,世界上第一个3D打印人类胚胎干细胞,英国爱丁堡赫瑞瓦特大学研究人员使用3D打印出了世界上第一个人类胚胎干细胞。该团队使用了一种经特殊设计的“以瓣膜为基础”的打印机。这种打印机装有的“生物墨水”内含有实验室培养出的人类胚胎干细胞。只需少量空气就可把这些细胞从打印机的“墨盒”中挤出，并可通过微型瓣膜的开合来控制“墨水”的流动。,价值所在,通过打印人类胚胎干细胞生成3D结构，能造出更精确的人体组织模型，这对药物开发，毒性测试非常有用，为人类提供可靠的药物而不必再用动物做药物测试，提供用于移植器官而无需捐献，并能消除器官排斥和免疫抑制带来的问题。,2013年11月7日，来自美国一家生物技术公司Organovo用3D打印机打印出功能正常的肝脏组织并存活了长达40天之久，再次打破该公司于5月份创造的存活5天的记录。,3D打印肝脏模型辅助手术,2013年4月9日，日本一家医院的医生先使用刀具切割了一个由3D打印机打印的患者肝脏的三维复制品。这个模型帮助医生计算出如何切割肝脏，并成功的进行了肝脏移植手术。,2013年7月4日从北京大学第三医院获悉：截至目前，已经有近40位患者在签署知情同意之后，植入了3D打印出来的“钢筋铁骨”，并接受定期追踪检查。北京大学第三医院骨科刘忠军带领的团队在脊柱及关节外科领域研发出了几十个3D打印脊柱外科植入物，其中包括颈椎椎间融合器、颈椎人工椎体及人工髋关节在内的三个产品已经进入了临床观察阶段。,2013年2月20日，康奈尔大学研究人员利用牛耳细胞在3D打印机中打印出人造耳朵，可以用于先天畸形儿童的器官移植。 他们首先利用快速旋转的3D相机拍摄数名儿童现有耳朵的三维信息，然后将其输入计算机，3D打印机会据此打印出耳朵模子。研究人员在模子中注入特殊的胶原蛋白凝胶，这种凝胶含有能生成软骨的牛耳细胞。此后数周内，软骨逐渐增多并取代凝胶。3个月后，模子内出现一个具有柔韧性的人造外耳，其功能和外表均与正常人耳相似。,目前，TeVido BioDevices生物科技公司首席技术官兼副总裁Scott Collins公开表示该公司已经可以通过生物活体细胞重建技术及3D打印技术为那些患有乳腺癌并且将乳房切除的患者植入再生乳房或乳头再造，从而减少因假体产生