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打印一个骨盆,打印一个肾脏

2016-01-19 11:51 来源:www.xuemo.cn 作者:吕洛衿 浏览:18269313
内容提要:些我们实际经历的医学生物学的进步,有朝一日将会彻底改变人类的生活。到那时,也许换个器官就如同换个汽车零件一样容易。

 

打印一个骨盆,打印一个肾脏

 

\吕洛衿

 

2012年,美国俄亥俄州,刚出生不久的小男孩凯巴患上了极其罕见的先天性支气管软化症,气管自行塌陷,无法自主呼吸,必须依赖气管插管生活。密歇根大学医学院的医生和研究人员一再商讨之后,搬出了救命的仪器:3D打印机。他们根据CT3D成像,使用3D打印机用生物塑料材料打印了近百个气管支架。在得到美国食品药品管理局(FDA)的紧急批准之后,给小凯巴移植了这个3D打印机打印出来的气管支架。术后,小凯巴开始了自主呼吸,7天后撤离呼吸机。数周后,小凯巴出院,再也没有出现过窒息危险。这个气管支架用可以降解的材料做成,3年后即会被身体自行吸收,到那时,他的气管也会发育成熟,不再需要支架了。

这是世界第一例用3D技术打印的气管用于临床。

科幻小说

听起来像是科幻小说。但是,想象一下,如果有一天,我们可以用打印机打印出肝脏、肾脏甚至心脏,是不是更像科幻小说呢?

也许用不了几年,这就会成为现实。

在这个领域,欧美当仁不让,领先全球。2011年,北卡罗来纳州的Wake Forest再生医学研究所的Anthony Atala博士,在TED演讲中展示了他们使用3D打印机打印出来的人体肾脏。他们将培养出来的肾脏细胞作为打印材料,一层层将细胞打印在提前做好的虚拟模型上。第一层是细胞,第二层是水凝胶,用来黏合固定细胞。然后一层层重复,直到整个肾脏打印出来。等到细胞存活了,水凝胶被降解,留下来的就只有细胞。这样,细胞就形成一个完整的器官结架。这个初期的肾脏再被移到培养器中,提供养分,促进生长。Atala博士的实验室已经观察到这个初期肾脏模型产生了尿样物质,表示已经有了部分肾脏功能。

2013年,瑞典的科研人员成功地利用3D打印技术打印出人工皮瓣,并且成功地生长出血管。更惊人的是,他们第一次成功利用3D打印生成了淋巴管。这个皮瓣在大鼠身上成功植皮。这个突破性的进展解决了人工皮瓣缺乏淋巴管无法存活的问题。如果加上干细胞技术,不久的将来也许就可以很容易合成皮瓣移植了。对于烧伤病人来说,这无疑是巨大的福音。

这个打印的肾脏和皮肤可能距真正临床应用于患者还很遥远,但是有一些技术已经离临床很近了。

2013年,康奈尔大学使用3D打印机打印出了世界上第一只人造耳朵。这样做出来的耳朵形状合适、外形美观。他们相信,3年后就可以临床运用。

神奇的应用

这样的新闻尽管让人兴奋,但看似遥远。其实3D打印已经广泛用于临床了。比如打印义齿,或者完美吻合的牙套。2012年,日本的Fasotec公司开始提供母体中胎儿的3D打印模型,可以让父母提前看到真实的孩子形象。华盛顿地区医院使用3D打印机打印出患者的心脏模型,提供给心脏外科医生术前实践练习。

还有更多神奇的应用出现在医院里。

2011年,荷兰一位83岁的女性因为感染失去了下颌骨,而传统整形手术因为她年龄太大不能进行。医生们与3D打印公司Layer Wise合作,用钛粉作为打印材料,根据3D扫描的图像,打印出一个完美的下颌骨,表面覆盖生物陶瓷以避免身体排斥。移植到老人的下巴后,完美愈合。

更加神奇的事情发生在美国。2013年,美国康涅狄格州一名男子因为交通事故失去了75%的头盖骨。传统骨科苦无良策。幸运的是,此时的3D打印技术已经较为成熟。当地一家3D打印公司Oxford Performance Materials伸出了援手。该公司擅长生物打印技术。他们利用伤者原来的颅骨影像,使用3D打印技术,使用更加先进的生物高分子聚合体材料打印出需要补缺的头骨,形状边缘均完美吻合,甚至连颅骨孔都进行了完美设计。20132月通过FDA审批,于同年3月手术成功移植。患者获得了一个新的头颅,这在过去是无法想象的。

用细胞打印

3D打印技术不光使用工业材料打印模型用于临床,真正使用细胞来打印的技术也已经出现了。

2013年,爱丁堡的Heriot-Watt大学的研究人员发明了干细胞打印机。材料是存活的胚胎干细胞。这种打印机可以喷出大小均一的干细胞悬液,保证细胞在打印出来后仍然能够存活。再在干细胞构架上加入可以促使干细胞分化为各种需要的细胞的细胞因子,就可以随心所欲地合成各种需要的人体器官了。

201312月,剑桥大学再生医疗研究所发表了一篇文章,称历史上第一次成功地使用大鼠视网膜的神经节细胞和神经胶质细胞打印出三维结构的人工视网膜。打印出来的人工视网膜细胞存活良好,并且开始分裂生长。

当然,最终的目标是打印出完整存活的器官以供移植所需。考虑到每年全球数以万计的等待器官移植的患者,可供器官极端缺乏,加上配型又极端困难,使用患者本身的细胞利用3D打印技术打印出一个完美、不被身体排斥的器官来,将是医学的梦想。

改变人类生活

3D打印不光能打印器官,有朝一日也可以提高或者加强人类的能力,就像电影《机械战警》中表现的一样。普林斯顿大学的研究人员正在朝这个方向努力。他们将电子元件结合到细胞打印中去。年初,他们成功地使用水凝胶和小牛的细胞打印出一个人类的耳朵,在这个耳朵中,加入了由银纳米颗粒做成的电子天线。这个传感器可以接收人类耳朵听不见的频率。也许有一天,我们就可以装上这个耳朵,拥有传说中的顺风耳。

还有一些更加接近于临床实用的3D打印技术。

这些我们实际经历的医学生物学的进步,有朝一日将会彻底改变人类的生活。到那时,也许换个器官就如同换个汽车零件一样容易。

 

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