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当血管可以3D打印3D生物打印技术体系使器官再造成为可能-【新闻】

发布时间:2021-05-24 11:56:27 阅读: 来源:金属缓蚀剂厂家

当血管可以3D打印 3D生物打印技术体系使器官再造成为可能一台看似古董的黑色打印机,利用结构小巧、配合精准的双喷头,在特制的空间旋转杆上,两分钟之内就打印出10厘米的血管。

他们现在用3D打印制造人工血管,以后可能还会制造其他的人工器官组织。他们是不是可以做人工大脑,这样我就会变得更聪明。华尔街的风云人物,国际投资家吉姆罗杰斯参观四川蓝光英诺生物科技股份有限公司后如是说。10月25日,该公司宣布具有完全自主知识产权的863项目3D生物打印血管项目获得重大突破,全球首创3D生物血管打印机成功问世。

血管可以被打印出来?我们离打印器官还有多远?这么科幻的技术是怎样走入你我的生活?

经过了解,一个以干细胞为核心,包括医疗影像云平台、生物墨汁、3D生物打印机和打印后处理系统四大核心技术体系的3D生物打印技术体系已经逐渐完备。有了这套技术体系,使得器官的再造在未来成为可能。

此3D打印非彼3D打印

3D打印也被称为增材制造,是快速成型技术的一种,一般以数字模型文件为基础,运用粉末状金属、塑料或树脂等可黏合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术。

不同于市面上现有的3D生物打印机,3D生物血管打印机可以打印出血管独有的中空结构、多层不同种类细胞。这是世界首创。两者根本性的区别,在于活性。即3D生物打印是打印出含有细胞成分并具有生物学活性的产品。蓝光英诺董事长任东川说。

两个打印碰头源源不断地喷出由生物砖组成的生物墨汁,打印一根10厘米长的血管,仅需两分钟。我国首批千人计划专家、蓝光应诺首席科学家康裕建描述了大致过程:首先是内皮细胞,然后是平滑肌细胞,后是成纤维细胞,每一层,用到的生物墨汁并不一样,富含不同的营养成分,通过打印杆上一层特殊的冷凝材料不断渗透、滋养每个细胞层的打印过程在04摄氏度的环境下,3D生物打印血管初具雏形;当周边环境逐步提升到常温,冷凝材料从已塑型的打印血管内剥脱;打印血管也将置于营养液环境中,慢慢拥有活性,直到可以与其他器官、组织自然结合

血管是有层次的,不但要做分层,而且每一层有不同的细胞,每种细胞有不同的功能,这是做3D生物血管打印大的挑战。康裕建说。

2001年,康裕建在美国路易维尔大学工作期间,曾参与并帮助该校成功实施了世界第一例全心脏移植手术。这类手术一共进行了14例,但每例价格高达25万美元,而且需要150磅体重以上成年男性才能承受的手术要求,让该手术深受成本、应用范围及生产工艺困扰,无法获得美国FDA批准。

3D打印技术的出现,让康裕建想到了解决难题的路径。他携团队打印出了人工心脏,并在猪身上实现了世界首例3D打印人工心脏全新置换手术的成功,但作为生物学家,他深知还有难题没有解决因为不具备生物活性,无法解决血管内皮化、血管堵塞等问题。如何能把以上两个问题结合起来?

一个胚胎干细胞能在不同的时间分化生长为不同的器官,终成为一个完整的人,但却没有人能清楚地解释为什么它能在不同的时间产生不同的分化。康裕建对此展开了研究。干细胞+3D打印=3D生物打印的概念就此诞生。

核心的核心 不是砖的砖

3D生物血管打印的核心技术是生物砖(Biosynsphere)。康裕建自信地表示这个词汇终将会被收入《大英百科全书》。

生物砖并不是砖块,也非方方正正之形,这是一种新型的、精准的、具有仿生功能的干细胞培养体系。它可以利用含种子细胞(干细胞、已分化细胞等)、生长因子和营养成分的生物墨汁,结合其他材料层层打印出具有生物活性的产品,再经培育处理,形成有生理功能的组织结构。它有一个壳,这个壳不是简单的鸡蛋壳,而是有功能,可生物降解、具有力学强度和抗机械损伤能力。而里面是细胞生长因子和成千上万种的营养成分。

在过去的15年中,我只做了一件事专注于再生医学和干细胞研究领域。康裕建表示。凭借15年的积累和持续研究,他将具有开创性意义的生物砖技术,用于复制胚胎发育时期的各种微环境,使干细胞在体外可以得到的定向分化控制,让器官打印成为可能,拿到了器官再造的钥匙。

一条3D生物打印创新链

中国工程院院士戴尅戎告诉记者,3D生物打印的定制性对于个性化治疗是个福音。对此康裕建表示,如果我们两个人都是需要一根头部的血管,但是你我的血管不一样,你的血管给我,我的血管给你,都可能出现问题。所以我们需要把个性化的信息做出来,大家知道云计算,我们也需要更精准的能将每个人能够区别出来的计算方法。

据介绍,蓝光英诺已经打造了一个以干细胞为核心,包括医疗影像云平台、生物墨汁、3D生物打印机和打印后处理系统四大核心技术体系的3D生物打印技术体系。蓝光英诺希望借助其体系,建立3D生物打印创新链,和世界范围内各大医疗机构、科研院所等共同拓展3D生物打印技术的发展和应用,并由此产生满足个性化健康需求的产业链,推动大健康产业的规模化发展。

据了解,以生物砖技术为核心的3D生物打印将在基础研究(3D细胞培养,胚胎学研究、细胞疾病模型)、临床应用(细胞治疗、诱导组织再生、诱导血管再生)、产业化应用(用药预测、损伤修复、再生医学、修复、替代病变组织和器官)等领域发挥突破性作用。任东川说,尤其是那些渴望创新性思维的医学机构,是我们的合作目标。

以药物研发为例,以往的体外细胞研究是基于二维空间的平面实验,但人体环境是三维空间,二维空间的平面实验得到的结果很难真实反应人体真实情况,由此带来治病机制和药物研究的结果终难以用于临床。同时在药物运用到人体前,还需要先在动物身上进行试验,也有部分对动物有效的药物可能对人体无效而终不能用于临床,还有些病毒因只在人体传播,动物不具有实验性,没有合适的动物检测模型,而限制了药物的开发范畴。康裕建说,3D生物打印技术能实现这样的研究突破,我们愿意和那些渴望突破研发瓶颈的机构合作,助力他们实现科研成果转化和发展。因为借助3D生物打印和生物砖,直接取自人体干细胞,其生理和病理状态以及对药物的反应都接近于人体,远远优于现有的二维细胞培养和动物实验。因此对新药研发、药敏筛查、药物毒性和安全性检测等诸多方面都可能优于现有的研究和检测系统,其结果也更加仿生、精准、安全、有效。

医疗影像云平台更是3D生物打印的前期应用市场。它可以衍生出3D看片系统,实现医患交互式看片、问诊系统。患者可以将自己的二维影像数据上传至平台,转化为三维影像,直观表现出患者病灶便于患者了解病情,降低医患沟通难度,在此基础上患者可选择适合自己的医生,进行相关诊断咨询。还可以帮助医院升级现有信息化系统,提升历史病历数字化能力和大数据挖掘能力,实现中小型医院远程会诊。

医疗影像云平台还能在手术仿真、手术导航、术前模拟等方面发挥作用,提高手术成功率,减少真实手术时间,降低患者痛苦。同时,将医学病例存入数据库,不断优化医疗方案和手术流程,为智慧医疗奠定基础。任东川说,与四川大学华西医院在3D影像系统的运用方面已有成功经验。

除了公司的首席科学家,康裕建的头衔有很多,中组部首批千人计划国家特聘专家、美国毒理科学院院士、国际再生医学研究应用与规范联盟主席、中国3D打印技术产业联盟生物医学3D打印理事会执行主席等,他在跟记者沟通时说道,我们不要宣传我们是第一,我们没有必要争那个第一,我们做的这个事我们认为仅仅是一个有用的事,我希望我们通过这样一个平台,能够为大家制造出一个每个人都可以成为第一的平台,就像我们在座的,每一个人都可以找到一个方向和我们合作,成为你各自的第一。

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