3D打印技术的威力 修复你的身体(组图)_0

2019-06-13 14:11

  OFweek工控网讯:3D技术的隆重登场,或将为医学界的研究人员带来新的材料和技术手段,未来我们手术室也将变得不像手术室,用打印工作室来来说明更为贴切。依靠打印技术来救治病人,听起来似乎有点不靠谱,但最近苏格兰Heriot-Watt大学一个研究小组将它变成了现实。

  研究人员使用装载着控制阀的细胞打印机制造出利于干细胞培养的材料,简单而言,就是制造了一个全新的干细胞营养房,从人体中提取的干细胞在这种特殊材料中繁殖的速度会优于传统的培养方法。

  从理论上来看,如果这些细胞的繁殖速度足够快的话,充足的干细胞还可转变为人体内各种不同类型肌肉组织或者内脏器官,能够为众多苦苦等待捐献器官的病患者解决眉燃之急。

  有观点认为,有了3D打印技术,未来科学家们再也不需要在动物身上培养各种干细胞,也不需要为器官短缺的问题再感到无计可施了。事实上,近年医学界在3D打印技术上的各种应用已取得不错的成绩,以下就为大家介绍几款领先应用,3D打印技术的威力有多大,不妨来先来围观一下。

  治疗人体老化脊椎

  美国康奈尔大学的科学家研究小组在利用3D打印技术造出人造耳朵之后,这支由LawrenceJ.Bonassar博士领导的研究小组最近又带来一则喜讯:3D打印技术将可以助你修复退化的脊椎间盘,美国30万脊椎病人将会受惠于这项技术。

  据Bonassar博士介绍,这项治疗人体脊椎的3D手术,需要配备一台3D打印机头和扫描仪,打印机将在病人脊椎间盘特定位置精准打印出字符串般的干细胞,干细胞就会按照预先设定的生物编程自行分裂生长,依靠干细胞的自我填充能力将帮助病人形成全新的脊椎间盘组织,数周后患者就可以重新板直腰骨走路了。



  事实上,这项技术设想离我们并不遥远。该技术早已经在100多只老鼠身上实验成功。Bonassar博士表示,即使在如脊髓病变这种极端的例子,3D打印技术也有办法解决,将会根据不同病人的需要创造出全新的脊椎间盘。相对而言,虽然替换脊椎比修复脊椎对人体更具有侵入性,但无论如何,这两种方法对脊椎病人来说都要优与以往定型手术。

  Bonasser博士同时指出,从早前FDA没有通过3D打印人头骨盖的技术申请可以估计到,这项技术有可能触犯美国食品和药物管理局的规定,他希望凭借这项研究能够帮助更多有需要的患者。

  耳朵移植更方便

  每个人的耳朵都不尽相同,移植一直并不比头骨移植容易得多,往往需要更长的时间准备材料,这一直是众多外科医生头痛的问题之一。

  上文提到,这款3D打印耳朵也是LawrenceJ.Bonassar博士领导的研究小组的研究成果,无论是时间上还是材料定型上,他们利用3D打印技术制造的人造耳朵都较以往有了突破。

  据介绍,在打印这些耳模时,需要借助一种可以注入胶原蛋白和活细胞的凝胶,三个月之后,更换软骨胶原后的耳膜和传统人造耳朵甚至人耳几乎没差别,3D技术使得换耳手术变得更为方便和简单了。Bonassar博士评论道。


  打印肾脏和动脉网络并不遥远

  早在2011年,外科医生安东尼阿塔拉在TED演讲会上就概述了未来我们可以通过三维技术打印出肾脏以及其他内脏器官的畅想,尽管这项技术仍在进一步完善中,也有很多质疑的声音,但目前医学界的学者们对此一直报以很高的期待。

  据安东尼阿塔拉介绍,这项技术需要通过X射线扫描病人身体数据,然后把数据上传到打印机,大约需要7个小时就可以打印一个人造的肾脏,解决器官资源短缺的问题指日可待。

  他表示,再生医学的难题在过去二年来未能完全解决,皆因为再生材料的选择和干细胞体外培养问题没有还找到完美的办法,3D打印技术在这两个问题上将会带来一些突破,我们对它的期望很高。阿塔拉目前在致力于开发30多种不同的可打印器官组织,如何让这款3D打印的肾脏更能适配人体环境是他的重要课题之一。

  众所周知,再生医学也不是什么新概念,大半个世纪以来,医学界的精英们一直在积极把各种可再生材料搬上临床应用,以帮助人类解决器官资源短缺的问题,如在动物身上培养干细胞等等。体外培养干细胞和血管网络建造也是医学界数十年来医学成果,其中攻克动脉血管的建造至今仍是医学家们着力解决的难题之一。

  2012年麻省理工学院巴蒂亚教授的研究团队率先成功通过3D打印机打印了一个基础动脉网络,据介绍,这项打印技术的关键是对血管中空结构的处理。

  巴蒂亚教授和她的团队设计一个简单的解决方案,先构建一个坚实的外层结构,但中心层由可溶解物质如蔗糖、葡萄糖等混合物填充,以此解决空心结构的问题。这款打印出来动脉血管可以正常接收来氧气和营养物质,目前这些3D动脉血管已在巴蒂亚教授的指导下进行临床实验。

  值得注意的是,以上打印器官、打印动脉这些概念得以实现,少不了一款神奇的生物墨水,这些年来,爱荷华州立大学的Ozbolat教授领导的研究小组努力研究的就是这种神奇的墨水,他表示,这些一对一的器官生物墨水对人类所需要的再生材料的形成有至关重要的作用。

  目前,Ozbolat教授的团队正致力于研究一个对葡萄糖敏感的胰腺打印器官。这类器官既可以在实验室继续生长,又可以适应体内环境并帮助调节血液的葡萄糖浓度,对糖尿病患者有很大的帮助。

  艾玛们的魔法武器

  当然了,不是所有的3D技术都要用到很惊人的科学元素。艾玛今年5岁,但从出生开始就不幸患上关节挛缩疾病,需借助假肢的力量才可以移动身体。

  艾玛年轻的身体长得快,频繁更换假肢让她的父母里感到吃力,事实上,艾玛的假肢经常也被摔坏。最近她的医生为她配备一副全新的神奇的3D打印武器,可伸缩的流动性装置让艾玛从此摆脱了生硬假肢的束缚,也无需要频繁更换假肢了。

  为艾玛提供魔法武器的Stratasys公司,也率先将3D技术引入牙科治疗,为病人提供更快更精准的牙齿治疗。镶嵌假牙的传统方法首先用凝胶填满病人的口腔,为了取得精准的牙模。这个过程常常让病人感到难受和痛苦。有了3D打印扫描技术,医生只需要对病人的口腔简单扫描就可获得病人口腔所有的数据,既方便又准确。

  Stratasys公司负责人表示,按照传统的方法,牙模从实验室出来到你的手上至少需要一周的时间,借助3D技术,未来病人可能第二天就能拿到牙模,甚至有可能是扫描之后的1小时内。专家指出,这项技术操作很方便简易,普及到小社区的医院将会让更多居民受益。

  3D技术的隆重登场,或将为医学界的研究人员带来新的材料和技术手段,未来我们手术室也将变得不像手术室,用打印工作室来来说明更为贴切。现实和理想之间有多远,3D技术到底能多大程度造福人类。我们耐心等等看吧。

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