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3D生物打印机  

2013-06-19 14:51:57|  分类: 奇妙的世界 |  标签: |举报 |字号 订阅

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资料来源:http://www.techcn.com.cn/index.php?edition-view-192946-1.html
        北京时间6月6日消息,据国外媒体报道,器官移植拯救了很多人的生命,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。或许,医生有朝一日可以“按需打印”活体器官,包括血管和完整的器官。

   目前,等待器官移植的患者在得到合适的器官以前,通常要等待几个月甚至数年之久。由美国Organovo公司研制的3D生物打印机如今已经可以制造动 脉,开发者称由这种设备“打印”的动脉最早有望在5年内用于心脏搭桥手术。而心脏、牙齿和骨骼等更为复杂的器官则应该可以在10年内被“打印”出来。

   3D生物打印机基于现有技术发明,这些技术当前被用以制造工业零部件的3D模型。生物打印机的不同之处在于,它不是利用一层层的塑料,而是利用一层层的 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,不过第一台3D生物打印机的原型机已在2009年底制造出来,并用以测试。

3D生物打印机 - HappyBeijing - HappyBeijing

   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。(孝文)

全球首台3D生物打印机出炉回目录

  器官移植拯救了很多人的生命,但这项技术同时也存在着器官来源不足、排异反应难以避免等弊端。那么,能否像打印纸张一样打印器官呢?这看似不 可能的事情在科学家手中却已经初步变成了现实。最近,澳大利亚Invetech公司和美国Organovo公司携手研制出了全球首台商业化3D生物打印 机。

  该打印机就像普通打印机一样,只不过普通打印机的原材料是墨水和纸,而新生物打印机的原料是人体细胞。研究人员采用事先提取好的活 体,进行组合排列,打印出所需要的细胞,误差可以控制在20微米以内,得到的器官可以显著降低排异反应。这台3D打印机一次制造出器官的一层细胞,对于更 为复杂的器官,打印机就在一个提前预备好的支架上排列细胞。

  目前,这种打印机还处于实验阶段,但研发人员希望其最终能够让人类随时更换细胞。

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  生物打印机“大小通吃”

   据英国《经济学家》杂志报道,这台新款3D生物打印机由总部位于美国圣迭戈、主要从事可再生医药研发的Organovo公司以及总部位于澳大利亚墨尔本 的工程和自动化公司Invetech携手研发而成,其“身价”为20万美元左右,能够打印人体的组织和器官,包括动脉和静脉血管以及其他身体器官,最终让 人类实现能够随时换器官的远景目标。

  Organovo公司总裁基思?墨菲表示,该打印机可以打印出小到牙齿大到血管网在内的身体器官, 其潜在用途非常广泛,但目前他们只打算用这款打印机复制一些简单的器官,比如皮肤、肌肉和较短的血管等,而且主要以研究为目的。不过,墨菲表示,公司希望 在5年内完成临床试验后,用该打印机打印搭桥手术中作为“桥梁”的血管,随后打印更大、更复杂的人体器官。另外,由于该机器能够打印分岔的管状器官,因 此,它也能够制造维持肾脏、肝脏、心脏等较大的活动血管网。

  Organovo公司的生物打印机工作原理类似于在工业中用于制造部件和功 能模型的快速成型机。这种打印机工作起来就像喷墨打印机,只不过它是三维的。研究人员首先从成年病人的骨髓和脂肪中提取出干细胞,通过采用不同的成长因 子,这些细胞能够被分化成不同类型的其他细胞;然后他们再将这些细胞弄成液滴,每个液滴中包含1万到3万个细胞。液滴在打印机中沉淀并聚合在一起,形成一 个结构。打印头每经过一次,进行打印操作的底座就下移一个刻度,通过这种方式,打印的物体逐渐成型。如果要打印组织中的空间和复杂形状,研究人员会先用水 溶性材料打印一个“支架”,一旦完成打印就清洗掉支架。

  墨菲表示,他们的生物打印机还能使用其他种类的细胞和支撑材料,可以把肝脏细胞放在预先建好的肝脏形状的支架上,或者使用其来复制衬层和结缔组织,最后成长为一颗牙齿。

  这种机器也可以放进一个标准实验室的生物安全柜,在其中进行无菌操作。Invetech公司也研发出了一种以激光为基础的刻度系统,确保两个打印头都能够精确地存储材料,还可以用电脑制图系统来设计人体器官的剖面图。

  应用前景广阔

  研究人员很早就发现,当把一小簇细胞挨着放置时,它们会游到一起,融合并自行组织起来。科学家也在探索各种各样的技术,为细胞营造良好的环境,让细胞成长为功能性的身体器官,生物打印机是其中一个很好的尝试。

   早在2004年,美国南加州克莱姆森大学的研究人员就发明了一种新的打印方式,他们在“喷墨打印机的墨盒”(工作原理类似于喷墨打印机的一种微型打印 机)里装入动物细胞,然后通过使用AutoCAD等设计软件,设计和制造出了心脏组织。克莱姆森大学的研究人员成功地再造了老鼠的骨组织,他们的远期目标 是能够制造出人体器官。

  无独有偶,美国北卡罗来纳州威克弗里斯特大学医学再生研究所浸信医疗中心的安东尼?阿塔拉和美国南加州克莱姆森大学的托马斯?博兰德也在研究使用“生物墨水”来打印皮肤组织,进而移植到皮肤烧伤的人身上。

  阿塔拉表示,他们也采用了喷墨打印机来复制器官,只是用细胞代替了印油。打印一个心脏需要花40分钟,然后培养46小时,接着研究人员看到显微镜下的心肌细胞收缩。

  阿塔拉博士还在试验采用另一个打印头来设置用一种糖基水凝胶制作的支架。这不会干扰细胞,也不会和细胞黏在一起。一旦打印过程完成,该结构会被搁置一到两天,让液滴融合。当器官成熟,研究人员将从外部剥离这种水凝胶。

  研究人员托马斯?博兰德也在开发一种微型打印机的过程中受到启发,于是转而开发“蛋白质打印机”。他开始的时候只是打印蛋白质,接着又尝试打印细胞。博兰德承认,一开始人们都认为这种想法太过荒谬,不过在他们了解了打印机的工作原理之后,就会认可这种方法。

  科学家们表示,生物打印机能够帮助医生去研究、扫描和复制病人所需要的器官,并能改进现在的医疗服务方式,他们相信不久就能用这种打印机制造出人体组织。

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  “按需打印”或成现实

  有些研究人员认为,有朝一日,这样的机器或许能够把组织和器官直接复印进入人体。的确如此,阿塔拉博士正在研制一种机器,能够扫描需要皮肤移植的身体器官,然后直接在其上复制皮肤。

   至于较大的身体器官,Organovo公司的创始人之、美国密苏里大学的加博尔?福尔加奇博士认为,它们可以有不同的形状。例如,人造肾脏不需要和真肾 长得一模一样,也不需要具有真肾的所有特征,它只需要能够清除血管中的垃圾就可以了。那些苦苦等候器官移植的人也不太介意移植器官的样子,只要这些器官能 够工作,并且能够改善病人的身体状况就行。

  既然3D生物打印机可以按需打印人体器官,研究人员、外科医生和病人也可能不再需要对捐赠器官翘首以盼。我们可以大胆畅想,或许某一天,我们只需要轻轻按下按钮,就能让3D生物打印机制造出我们所需要的器官。

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