3D "生物打印 "可帮助解决儿童心脏缺陷等问题

娜塔莉-萨宾报道

2022年7月11日 - 在美国，每100个孩子中就有近1个出生时有心脏缺陷。其影响可能是毁灭性的，需要孩子依靠植入的设备，而这些设备必须随着时间的推移而改变。

"斯坦福大学生物工程教授马克-斯凯勒-斯科特博士说："机械解决方案不会与病人一起成长。"这意味着病人在成长过程中需要多次手术"。

他和他的团队正在研究一种解决方案，可以为这些儿童提供更好的生活质量，减少手术次数。他们的想法。使用3D "生物打印机 "来制作医生需要的组织，以帮助病人。

"Skylar-Scott说："我们的梦想是能够打印心脏组织，如心脏瓣膜和心室，它们是活的，可以与病人一起成长。

适用于你身体的3D打印机

常规3D打印的工作原理与你办公室里的喷墨打印机很相似，但有一个关键的区别。三维打印机不是在纸上喷洒一层墨水，而是一次释放几层熔化的塑料或其他材料，自下而上地制造东西。其结果几乎可以是任何东西，从汽车零件到整个房屋。

三维生物打印，或使用活细胞创造三维结构，如皮肤、血管、器官或骨骼的过程，听起来像是科幻电影中的东西，但事实上自1988年以来就已经存在了。

宾夕法尼亚州立大学工程科学与力学、生物医学工程和神经外科教授Ibrahim Ozbolat博士说，3D打印机可能依赖于塑料或混凝土，而生物打印机需要 "像细胞、DNA、microRNA和其他生物物质"。

"这些材料被加载到水凝胶中，以便细胞能够保持活力和生长，"Ozbolat说。"然后将这种'生物墨水'分层，并给予时间使其成熟为活体组织，这可能需要3到4周。

迄今为止，科学家已经能够打印哪些身体部位？迄今为止，通过生物打印创造的大多数组织都相当小--而且几乎所有的组织仍处于不同的测试阶段。

"临床试验已经开始，用于软骨耳朵重建、神经再生和皮肤再生，"Ozbolat说。"在未来5到10年，我们可以期待更多复杂器官类型的临床试验。"

是什么阻碍了生物打印的发展？

三维生物打印的问题是，人类器官很厚。打印一毫米的组织需要数以亿计的细胞。这不仅是资源密集型的，也是非常耗时的。一次推送单个细胞的生物打印机将需要几周时间来生产甚至几毫米的组织。

但Skylar-Scott和他的团队最近取得了一项突破，可能有助于大幅削减制造时间。

Skylar-Scott的团队没有使用单细胞，而是成功地用称为有机体的干细胞集群进行生物打印。当几个有机体相互靠近时，它们会结合在一起--类似于米粒聚在一起的情况。这些团块然后自我组装，形成一个类似于微型器官的微小结构网络。

"Skylar-Scott说："我们可以用更大的构建块[器官]来打印，而不是打印单个细胞。"我们相信这是一种更快速的组织制造方式"。

虽然有机体加快了生产速度，但这种3D生物打印方式的下一个挑战是拥有足够的材料。

"现在我们可以用大量的细胞来制造东西，我们需要大量的细胞来实践，"Skylar-Scott说。需要多少细胞？他说："一个典型的科学家在一个盘子里用100到200万个细胞工作。要制造一个大而厚的器官，需要100到3000亿个细胞。"

生物打印如何改变医学

生物打印的一个愿景是创造活的心脏组织和整个器官，供儿童使用。这可能会减少对器官移植和手术的需求，因为活体组织将与病人的身体一起生长和运作。

但是在关键的身体组织能够被打印出来并且可行之前，许多问题需要被解决。

"Skylar-Scott说："现在我们考虑的是小而不是打印整个心脏。相反，他们专注于较小的结构，如瓣膜和心室。而这些结构，Skylar-Scott说，至少是5到10年后的事。

同时，Ozbolat设想了这样一个世界：当病人在手术台上时，医生可以准确地生物打印他们需要的结构。"Ozbolat说："这是一种技术，外科医生将能够直接在病人身上拖动打印。这种组织打印技术还处于起步阶段，但他的团队致力于使其进一步发展。