誰(shuí)會(huì)想到3D打印會(huì)與醫(yī)療關(guān)系密切，本文整理了科學(xué)家發(fā)表的多篇研究報(bào)告，共同解讀3D打印是如何在人類(lèi)研究疾病中發(fā)揮作用的

         在一項(xiàng)發(fā)表于Advanced Materials雜志的研究中,，貝勒醫(yī)學(xué)院的研究人員發(fā)現(xiàn)當(dāng)前用于疝氣修復(fù)軟組織網(wǎng)片極易引發(fā)炎癥和內(nèi)臟粘連,，因此他們開(kāi)發(fā)了一種用于軟組織修復(fù)與炎癥調(diào)節(jié)的新型生物材料網(wǎng)片。該生物網(wǎng)片是通過(guò)原位磷酸鹽交聯(lián)的聚乙烯醇聚合物的3D生物打印制成的,。在大鼠腹疝模型中生物網(wǎng)片充當(dāng)炎癥陷阱并捕獲植入部位分泌的促炎細(xì)胞因子，有效調(diào)節(jié)局部炎癥，而無(wú)需外源性抗炎劑,。該生物網(wǎng)片在抑制內(nèi)臟粘連形成和最小化術(shù)后并發(fā)癥方面非常有效。

         疝氣是最常見(jiàn)的軟組織損傷之一,。腹內(nèi)內(nèi)容物(如腸環(huán))通過(guò)腹壁薄弱,、缺損或受傷部位擠壓時(shí)形成疝氣。這種情況可能會(huì)發(fā)展成嚴(yán)重的并發(fā)癥,，因此需要行疝氣修補(bǔ)術(shù),。修復(fù)包括通過(guò)外科手術(shù)植入人工網(wǎng)片來(lái)支撐和加固受損的腹壁，促進(jìn)愈合過(guò)程,。然而,，目前使用的網(wǎng)片植入物與潛在的不良術(shù)后并發(fā)癥有關(guān)。貝勒醫(yī)學(xué)院外科助理教授,，這項(xiàng)研究的主要作者Crystal Shin博士說(shuō)：“雖然疝氣網(wǎng)植入物的機(jī)械強(qiáng)度很強(qiáng),，能夠支撐腹部組織，使患者一開(kāi)始感覺(jué)很舒服,，但手術(shù)后大約三天,，植入物會(huì)引發(fā)炎癥，在兩到三周內(nèi)會(huì)影響附近的器官，這是一個(gè)常見(jiàn)的問(wèn)題,?！保琒hin正在尋找解決術(shù)后疝氣并發(fā)癥的方法,。

       【2】Adv Funct Mat：科學(xué)家有望利用新型墨水3D打印出含有活細(xì)胞的骨組織!

          近日,，一篇發(fā)表在國(guó)際雜志Advanced Functional Materials上題為“Synthetic Bone‐Like Structures Through Omnidirectional Ceramic Bioprinting in Cell Suspensions”的研究報(bào)告中，來(lái)自新南威爾士大學(xué)等機(jī)構(gòu)的科學(xué)家們通過(guò)研究開(kāi)發(fā)出了一種基于陶瓷的墨水,，未來(lái)有望幫助外科醫(yī)生打印出能攜帶活細(xì)胞的3D骨骼部分,，而這些活細(xì)胞能被用來(lái)修復(fù)損傷的骨組織。

         文章中,，研究人員使用了一種由磷酸鈣組成的特殊墨水的3D打印機(jī)進(jìn)行開(kāi)發(fā)出了一種新技術(shù)—細(xì)胞懸浮液中的陶瓷全向生物打印技術(shù)(COBICS,，ceramic omnidirectional bioprinting in cell-suspensions)，該技術(shù)能幫助他們打印出骨骼樣結(jié)構(gòu),，這種結(jié)構(gòu)在水中放置幾分鐘后就會(huì)被硬化,。盡管3D打印仿骨結(jié)構(gòu)的想法并不新鮮，但這是研究人員首次在室溫下創(chuàng)建攜帶活細(xì)胞的材料,。

        【3】Bioprinting：3D打印用于創(chuàng)造心臟細(xì)胞

         人類(lèi)新生命的誕生起始于單個(gè)細(xì)胞,，然后分裂并最終形成胚胎。根據(jù)它們相鄰細(xì)胞發(fā)送的信號(hào),，這些分裂的細(xì)胞隨后發(fā)育或分化為特定的組織或器官,。在再生醫(yī)學(xué)中，控制細(xì)胞的分化至關(guān)重要,，干細(xì)胞可以分化以允許器官的體外生長(zhǎng)并替代受損的成年細(xì)胞,，特別是復(fù)制能力非常有限的成年細(xì)胞，例如大腦或心臟,。

         科學(xué)家在分化干細(xì)胞時(shí)采用的一種常見(jiàn)方法是使用化學(xué)刺激,。盡管這種方法對(duì)于制造一種單一類(lèi)型的細(xì)胞非常有效，但它缺乏復(fù)制復(fù)雜生物體的能力,，在生物體中,，多種細(xì)胞類(lèi)型共存并協(xié)同形成一個(gè)器官。另外,，受細(xì)胞發(fā)育的自然過(guò)程啟發(fā),，另一種方法涉及將干細(xì)胞包裝成小的細(xì)胞聚集體或稱(chēng)為胚狀體的球體。類(lèi)似于真實(shí)的胚胎,，類(lèi)胚體中的細(xì)胞間相互作用是分化的主要驅(qū)動(dòng)力,。從這些胚狀體的產(chǎn)生，發(fā)現(xiàn)諸如胚狀體的細(xì)胞數(shù)量,，大小和球形度的參數(shù)影響所產(chǎn)生的細(xì)胞的類(lèi)型,。

        【4】Sci Adv：3D打印技術(shù)有助于大腦膠質(zhì)瘤的研究

         膠質(zhì)母細(xì)胞瘤,，尤其是快速生長(zhǎng)的惡性腫瘤，其內(nèi)部組成十分復(fù)雜,。即使采用激進(jìn)的治療手段(通常包括手術(shù),，放療和化療)，膠質(zhì)母細(xì)胞瘤也難以得到完全清除,，因此患者平均生存期僅有11至15個(gè)月,。

         近日，在Science Advance雜志上發(fā)表的研究中,，倫斯勒大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程教授Xavier Intes等人展示了一種3D打印與高分辨率看成像相結(jié)合的研究手段,，能夠有效地模擬人體內(nèi)部膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的發(fā)生情況。Intes加收說(shuō)：“已知膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的構(gòu)成非常復(fù)雜,，而且不同患者引人而異,，因此，我們有必要了解膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的生物學(xué)特性和復(fù)雜性,。”

        【5】Cell Rep：3D打印大腦結(jié)構(gòu)揭示神經(jīng)回路結(jié)構(gòu)

          在最近一項(xiàng)研究中,，作者通過(guò)開(kāi)發(fā)自動(dòng)化的3D腦成像數(shù)據(jù)分析技術(shù)提供了對(duì)復(fù)雜神經(jīng)回路的空間組織的更可靠和標(biāo)準(zhǔn)化的分析,。KAIST研究人員開(kāi)發(fā)了一種用于大腦成像數(shù)據(jù)分析的新算法，該算法能夠?qū)?fù)雜的神經(jīng)回路精確定量地映射到標(biāo)準(zhǔn)化的3D模型上,。

         腦成像數(shù)據(jù)分析在神經(jīng)科學(xué)研究中必不可少,。但是，獲得的大腦成像數(shù)據(jù)的分析在很大程度上取決于手動(dòng)處理,，這不能保證結(jié)果的準(zhǔn)確性,，一致性和可靠性。常規(guī)的腦成像數(shù)據(jù)分析通常從發(fā)現(xiàn)二維的腦圖像開(kāi)始,，該圖像在視覺(jué)上與實(shí)驗(yàn)獲得的腦圖像相似,。然后，將圖集圖像的感興趣區(qū)域(ROI)與獲得的圖像手動(dòng)匹配,，并計(jì)算ROI中標(biāo)記的神經(jīng)元的數(shù)量,。

        【6】Sci Rep：3D打印技術(shù)助理快速個(gè)性化治療

         為什么同樣的治療對(duì)每個(gè)患者都不一樣?如何優(yōu)化藥物的性能而不會(huì)因劑量過(guò)大而引起副作用?為了回答這些問(wèn)題，瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)(UNIGE)的研究人員設(shè)計(jì)了一種細(xì)胞共培養(yǎng)平臺(tái),，以3D形式復(fù)制患者的腫瘤結(jié)構(gòu),。科學(xué)家們可以用它在腫瘤發(fā)展的不同階段測(cè)試多種藥物或藥物組合的有效性,。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在最近的Scientific Reports雜志上,。

         結(jié)腸直腸癌是目前診斷出的第三種最常見(jiàn)的癌癥形式，也是世界上第四大致命癌癥類(lèi)型,。有一系列治療方法,，包括化療,，但高劑量的化療會(huì)引起許多副作用，而且患者通常會(huì)產(chǎn)生耐藥性,。為了進(jìn)一步模仿腫瘤的發(fā)展過(guò)程以及精確衡量藥物的有效性,，科學(xué)家們已經(jīng)建立了腫瘤3D培養(yǎng)模型。

        【7】JCCT：3D打印有助于預(yù)測(cè)心臟瓣膜的泄漏

         在美國(guó),，超過(guò)八分之一的75歲及以上的人在心臟中發(fā)生中度至重度的主動(dòng)脈阻塞,，通常是由于瓣膜小葉上積聚的鈣化沉積物造成的，并阻止它們完全打開(kāi)和關(guān)閉,。許多這些老年患者的健康狀況不足以進(jìn)行心臟直視手術(shù);相反,，他們使用稱(chēng)為經(jīng)導(dǎo)管主動(dòng)脈瓣置換術(shù)(TAVR)的手術(shù)將人工瓣膜植入其心臟，該手術(shù)通過(guò)插入主動(dòng)脈的導(dǎo)管展開(kāi)瓣膜,。然而,，這個(gè)過(guò)程存在挑戰(zhàn)，包括需要選擇完美尺寸的心臟瓣膜,，而不是真正看病人的心臟：太小,，瓣膜可能會(huì)在邊緣移動(dòng)或泄漏;太大了，閥門(mén)可以撕裂心臟,，帶來(lái)死亡的危險(xiǎn),。因此，心臟病專(zhuān)家一直試圖尋找一種“恰到好處”的TAVR瓣膜尺寸,。

         哈佛大學(xué)Wyss生物啟發(fā)工程研究所的研究人員創(chuàng)造了一種新穎的3D打印工作流程,，允許心臟病專(zhuān)家在實(shí)際執(zhí)行醫(yī)療程序之前評(píng)估不同瓣膜尺寸與每位患者獨(dú)特解剖結(jié)構(gòu)的相互作用。該協(xié)議使用CT掃描數(shù)據(jù)生成個(gè)體患者主動(dòng)脈瓣的物理模型,，此外還有“sizer”裝置以確定完美的替換瓣膜尺寸,。這項(xiàng)工作是與布萊根婦女醫(yī)院，華盛頓大學(xué),，馬薩諸塞州綜合醫(yī)院和馬克斯普朗克膠體與界面研究所的研究人員和醫(yī)生合作完成的,，并發(fā)表在Journal of Cardiovascular Computed Tomography雜志上。

        【8】Cell System：3D打印技術(shù)改變篩選抗生素的方法

         最近,，來(lái)自麥克馬斯特大學(xué)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的一個(gè)“小型黑盒子”可以改變科學(xué)家尋找新抗生素的方式,。印刷熒光成像盒(簡(jiǎn)稱(chēng)PFIbox)能夠收集大量數(shù)據(jù)，這將有助于Michael G. DeGroote傳染病研究所的研究人員尋求發(fā)現(xiàn)新的抗生素,。該盒子允許科學(xué)家一次分析超過(guò)6,，000個(gè)細(xì)菌樣本。

         從原理上來(lái)講,，該工具使用LED燈激發(fā)細(xì)菌中的熒光蛋白,。然后，它將數(shù)據(jù)無(wú)線發(fā)送給研究人員,，研究細(xì)胞隨時(shí)間對(duì)抗生素的反應(yīng),。PFIbox的九個(gè)結(jié)構(gòu)部件可以在大約一天內(nèi)進(jìn)行3D打印,，在幾分鐘內(nèi)拼接在一起，成本約為200美元,。

        【9】Arch Toxicol：干細(xì)胞+3D打印 可用于肝臟移植

         來(lái)自愛(ài)丁堡大學(xué)醫(yī)學(xué)研究委員會(huì)(MRC)再生醫(yī)學(xué)中心的科學(xué)家結(jié)合干細(xì)胞技術(shù)與3D打印技術(shù),，成功培育出了人源3D肝臟組織，并且在小鼠水平顯示出治療的潛力,?？茖W(xué)家表示，除了為開(kāi)發(fā)人體肝臟組織植入物方面進(jìn)行早期的探索,，這一研究還可以通過(guò)搭建平臺(tái)來(lái)研究人類(lèi)肝臟疾病以及實(shí)驗(yàn)室中的測(cè)試藥物的藥效,，從而減少對(duì)動(dòng)物研究的需求。

         在這項(xiàng)發(fā)表在Archives of Toxicology雜志上的研究中,，科學(xué)家們采集了人類(lèi)胚胎干細(xì)胞并誘導(dǎo)形成多能干細(xì)胞(已被誘導(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)楦杉?xì)胞的成體細(xì)胞),，通過(guò)定向誘導(dǎo)形成為肝細(xì)胞。負(fù)責(zé)這項(xiàng)研究的愛(ài)丁堡大學(xué)MRC再生醫(yī)學(xué)中心的David Hay教授說(shuō)：“這是有史以來(lái)第一次有人在實(shí)驗(yàn)室中將干細(xì)胞來(lái)源的肝組織體外培育一年多的時(shí)間,。細(xì)胞長(zhǎng)時(shí)間存活和穩(wěn)定是非常困難的,，但對(duì)于在人體中使用則至關(guān)重要?！?/p>

        【10】Adv Materials：3D打印生物工程化血管研究新突破

         最近來(lái)自BWH的研究者們開(kāi)發(fā)出了一種新型的維管結(jié)構(gòu)制備方法,，能夠得到更符合生理要求的血管。這種3D打印技術(shù)能夠精細(xì)模仿組織的生理特性,，例如細(xì)胞的成熟以及能否運(yùn)輸營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等。這一技術(shù)將能夠被用于進(jìn)行受損組織的置換,。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在最近一期的Advanced Materials雜志上,。

         許多疾病都會(huì)造成管道組織的損傷，例如動(dòng)脈炎,、動(dòng)脈粥樣硬化以及血栓等,。此外，泌尿組織也會(huì)因?yàn)檠装Y反應(yīng)產(chǎn)生損傷,。為了制備3D組織材料,，研究者們將人體細(xì)胞與水溶膠進(jìn)行混合，水溶膠的化學(xué)性質(zhì)經(jīng)過(guò)了反復(fù)的摸索,，使其能夠允許細(xì)胞的增殖,。之后，研究者們將這些混合好的材料注入管道組織3D打印系統(tǒng),，并且通過(guò)程序設(shè)置使其能夠連續(xù)打印三層,。當(dāng)管道打印完畢之后，研究者們經(jīng)過(guò)其它方法驗(yàn)證了其能夠允許營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)穿透的特性,。

         不可否認(rèn),，3D打印將會(huì)在未來(lái)醫(yī)療中占據(jù)著不可磨滅的作用,，醫(yī)療人員將會(huì)利用它給人們帶來(lái)更多的福祉。