供稿人:梁紅濤，賀健康 發(fā)布日期：2017-07-16
器官移植是當(dāng)前解決組織器官缺陷的一種常用手段，但是這種傳統(tǒng)的醫(yī)療方法存在著捐獻數(shù)量少、術(shù)后排異明顯等缺點。生物3D打印作為一種新的制造手段以其個性化制造、相容性高等優(yōu)點，為組織器官的制造提供了可能。
?但是傳統(tǒng)的生物3D打印方法存在著結(jié)構(gòu)完整性不高、難以實現(xiàn)組織內(nèi)部血管化等缺點，因此很難真正應(yīng)用于臨床中。近日美國威克森林大學(xué)Hyun-Wook Kang團隊利用自己開發(fā)的3D打印軟件與設(shè)備，以犧牲材料為支撐、PCL纖維和凝膠相間打印的新方法，克服了上述缺點，成功打印出多種組織器官?？梢哉f是生物3D打印技術(shù)上的一大突破，文章發(fā)表在《Nature biotechnology》上，得到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。
圖1 設(shè)備的概況以及制造流程描述
如圖1所示，該設(shè)備有多個噴頭，能實現(xiàn)多種材料的按需打印。材料A、B為混有不同細胞的水凝膠；材料S為種具有生物相容性的犧牲材料，在打印過程中可以起到支撐作用，并且經(jīng)過后處理可以“清洗”掉，因此可以精確實現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的打??；另一種材料為融熔的PCL，它也是一種生物相容性好的材料，它不但對結(jié)構(gòu)的強度和韌性都促進作用，而且通過PCL纖維與凝膠的相間排布，可以在結(jié)構(gòu)內(nèi)部留下孔隙，以供營養(yǎng)物質(zhì)和氧氣的運輸，實現(xiàn)內(nèi)部組織血管化的目的。該團隊就利用這種設(shè)備從光學(xué)影像中提取3D模型開始，然后導(dǎo)入設(shè)備軟件中定義打印參數(shù)等數(shù)據(jù)后，便能實現(xiàn)三維結(jié)構(gòu)的打??；最后對打印成型的三維構(gòu)進行后處理就能形成預(yù)期的結(jié)構(gòu)，整個打印流程如圖1中c所示，該模型為人的“耳朵”。
圖2 植入1月后“耳朵”整體與微觀結(jié)構(gòu)
如圖2所示，將打印的“耳朵”植入小鼠背部后，經(jīng)過1月后，“耳朵”形態(tài)依然保持良好，并且長出新的軟骨結(jié)構(gòu)，在組織內(nèi)部實現(xiàn)血管化。
該課題組利用該方法還進行了其他組織器官的制造，如下圖所示，通過動物實驗驗證，均狀況良好。
圖3 下頜骨
圖3 顱骨
該團隊所做工作，為進一步制造人體組織器官奠定了基礎(chǔ)。相信隨著生物3D打印技術(shù)的發(fā)展，我們離人造組織器官的目標(biāo)會越來越近，目前器官移植所面臨的問題終將會得到解決。