美國維克森林(lin)大學(xue)(xue)的(de)科學(xue)(xue)家成功利用3d打(da)印(yin)技術(shu)打(da)印(yin)人(ren)體細胞(bao)的(de)生物可降解(jie)支架，而(er)后利用支架培育耳(er)(er)朵和(he)(he)鼻(bi)子等仿真度極高的(de)面部器官，例(li)如(ru)耳(er)(er)朵和(he)(he)鼻(bi)子。利用3d打(da)印(yin)技術(shu)培育用于移植的(de)肺部以及(ji)其(qi)他器官是科學(xue)(xue)家的(de)終極目標。科學(xue)(xue)家表(biao)示(shi)他們(men)在(zai)實現這一目標道路(lu)上正(zheng)不斷(duan)取得進步，有(you)望在(zai)20年(nian)內(nei)讓(rang)患(huan)者移植3d打(da)印(yin)器官的(de)夢想(xiang)成為現實。
利用3d打(da)印(yin)技(ji)術培(pei)育人體器官是再生醫學領(ling)域的(de)(de)一大熱門，目(mu)前正不斷取得(de)進步。借(jie)助于這項(xiang)技(ji)術，科學家能夠(gou)培(pei)育出仿真度極(ji)高(gao)的(de)(de)人造耳朵和鼻子等面部器官。隨著研究的(de)(de)深入(ru)和技(ji)術的(de)(de)繼(ji)續進步，他們(men)將最終培(pei)育出可(ke)以進行移植的(de)(de)人造肺(fei)以及其(qi)他器官。現(xian)在(zai)，維(wei)克森林大學的(de)(de)3d打(da)印(yin)機已經打(da)印(yin)出腎(shen)臟(zang)原型(xing)。在(zai)其(qi)他一些實驗室，科學家也在(zai)研究如何利用可(ke)降解支架培(pei)育人造心臟(zang)、肺(fei)部、肝臟(zang)和腎(shen)臟(zang)，讓“定制移植”成(cheng)為一種可(ke)能。
目前，維克森林大學的科學家正(zheng)在(zai)研究(jiu)各種方式，培育(yu)可進行移(yi)植(zhi)的人造器(qi)(qi)(qi)官(guan)(guan)，包括對動物器(qi)(qi)(qi)官(guan)(guan)進行改造和從無到(dao)有利用(yong)(yong)患者(zhe)自身細胞進行培育(yu)。他們的3d打印(yin)機(ji)使用(yong)(yong)的并非墨(mo)水，而是(shi)一種類(lei)似凝膠的生物可降解材(cai)料，通過(guo)逐層打印(yin)形成器(qi)(qi)(qi)官(guan)(guan)原型或者(zhe)說器(qi)(qi)(qi)官(guan)(guan)形支(zhi)架，而后利用(yong)(yong)支(zhi)架培育(yu)器(qi)(qi)(qi)官(guan)(guan)。首席研究(jiu)員安東尼?阿塔拉(la)博士指出他們需要很多年的努力才(cai)能培育(yu)出能夠移(yi)植(zhi)到(dao)患者(zhe)體(ti)內的人造器(qi)(qi)(qi)官(guan)(guan)。
在(zai)進行(xing)人造(zao)器(qi)官(guan)研究時，科學家也將目光聚(ju)焦(jiao)豬的(de)(de)(de)器(qi)官(guan)，希望(wang)利用(yong)人體細(xi)胞(bao)取代豬細(xi)胞(bao)，進而培育出(chu)可植(zhi)入患(huan)(huan)者體內的(de)(de)(de)器(qi)官(guan)。當然，最理想的(de)(de)(de)方式還是利用(yong)患(huan)(huan)者自身細(xi)胞(bao)，可以通過(guo)活組織檢(jian)查或(huo)者抽血的(de)(de)(de)方式獲取，而后(hou)將細(xi)胞(bao)“播撒(sa)”到3d打(da)印(yin)機(ji)打(da)印(yin)的(de)(de)(de)器(qi)官(guan)形支架上進行(xing)培育。這種(zhong)方式培育的(de)(de)(de)人造(zao)器(qi)官(guan)能(neng)(neng)夠大(da)大(da)降低移(yi)植(zhi)后(hou)出(chu)現排斥(chi)反應(ying)的(de)(de)(de)可能(neng)(neng)性。
麻生總醫(yi)院的(de)哈拉(la)德·奧特(te)博士認為5到10年(nian)內(nei)有望進行實驗室培育器官的(de)人體(ti)試(shi)(shi)驗。匹茲堡大學麥克格萬再生醫(yi)學研(yan)究所的(de)威廉(lian)?瓦格納指出5到10年(nian)可(ke)能(neng)過于樂觀，15到20年(nian)更(geng)為現實一(yi)些。一(yi)旦人體(ti)試(shi)(shi)驗取得成(cheng)功，患(huan)者(zhe)移植人造器官的(de)夢想便最終成(cheng)為現實。
隨著醫(yi)學(xue)(xue)技術的(de)(de)不斷發展，人類在戰勝病魔的(de)(de)道路上一路披(pi)荊斬(zhan)棘，創造(zao)了(le)一個(ge)又一個(ge)的(de)(de)醫(yi)學(xue)(xue)奇跡(ji)。最近大火的(de)(de)韓劇《機(ji)智的(de)(de)醫(yi)生(sheng)(sheng)(sheng)生(sheng)(sheng)(sheng)活(huo)》，講述(shu)了(le)5個(ge)年輕醫(yi)生(sheng)(sheng)(sheng)的(de)(de)從醫(yi)之路，帶給(gei)了(le)我們(men)(men)很多(duo)溫暖(nuan)和(he)感動，他們(men)(men)與死神爭分奪秒的(de)(de)搶奪生(sheng)(sheng)(sheng)命(ming)。現實生(sheng)(sheng)(sheng)活(huo)中的(de)(de)醫(yi)生(sheng)(sheng)(sheng)也是如此，他們(men)(men)會面臨(lin)各種困難的(de)(de)手術，比(bi)如器官移植(zhi)，這種手術不僅花費時(shi)間長(chang)，而且危險性(xing)很大。有時(shi)候(hou)甚至因為(wei)捐(juan)(juan)獻(xian)器官不匹配(pei)而耽誤生(sheng)(sheng)(sheng)命(ming)。如今科學(xue)(xue)家已經(jing)研制出了(le)人造(zao)器官，希望可(ke)以緩(huan)解器官捐(juan)(juan)獻(xian)的(de)(de)壓(ya)力。
科學(xue)家已經研(yan)制(zhi)出了多個人造器官
由于人體(ti)有獨有的(de)(de)免(mian)疫系統，因此很多患者在(zai)接受器官(guan)(guan)移植前都要進行血(xue)型匹(pi)配，即使是血(xue)型匹(pi)配上(shang)了，也難保(bao)后期不會出(chu)現排異反應，器官(guan)(guan)捐獻的(de)(de)問題就在(zai)這(zhe)，人類的(de)(de)免(mian)疫防(fang)御系統是可(ke)以(yi)識別出(chu)異體(ti)器官(guan)(guan)的(de)(de)，這(zhe)在(zai)一定程(cheng)度上(shang)就加深了器官(guan)(guan)捐獻的(de)(de)壓力，科(ke)學家才有了這(zhe)樣大膽的(de)(de)想法，能否通過高科(ke)技來實(shi)現人造器官(guan)(guan)的(de)(de)正常運作(zuo)呢？
經(jing)過這(zhe)么多年(nian)的(de)(de)(de)研(yan)(yan)究，科學家在人(ren)(ren)造(zao)器官方面有了(le)(le)一定成(cheng)就(jiu)。人(ren)(ren)工心(xin)(xin)(xin)(xin)(xin)臟(zang)(zang)一經(jing)問世，引起了(le)(le)全世界的(de)(de)(de)關注(zhu)。心(xin)(xin)(xin)(xin)(xin)臟(zang)(zang)是人(ren)(ren)體的(de)(de)(de)發動機，很多先天性心(xin)(xin)(xin)(xin)(xin)臟(zang)(zang)病人(ren)(ren)都苦于沒有匹(pi)配的(de)(de)(de)心(xin)(xin)(xin)(xin)(xin)臟(zang)(zang)而(er)死(si)去，這(zhe)也意(yi)味著(zhu)如果要創造(zao)出(chu)人(ren)(ren)工心(xin)(xin)(xin)(xin)(xin)臟(zang)(zang)所(suo)耗費的(de)(de)(de)時(shi)間(jian)必然不會短。從開(kai)始試驗到成(cheng)功研(yan)(yan)制，科學家花了(le)(le)15年(nian)的(de)(de)(de)時(shi)間(jian)。科學家利(li)用(yong)3D打印技術成(cheng)功復(fu)刻了(le)(le)人(ren)(ren)工心(xin)(xin)(xin)(xin)(xin)臟(zang)(zang)，在這(zhe)顆(ke)心(xin)(xin)(xin)(xin)(xin)臟(zang)(zang)的(de)(de)(de)周圍有兩個電(dian)動小馬達掌(zhang)管心(xin)(xin)(xin)(xin)(xin)臟(zang)(zang)的(de)(de)(de)起搏，成(cheng)功進入患者體內后，這(zhe)顆(ke)心(xin)(xin)(xin)(xin)(xin)臟(zang)(zang)可以(yi)通(tong)過皮(pi)膚上的(de)(de)(de)感應器來實現跳動。
人造器官的發展(zhan)之路還很漫長
可(ke)以(yi)(yi)說(shuo)人工心(xin)臟的(de)(de)(de)成功(gong)研(yan)制(zhi)是科學家看(kan)到了(le)生命的(de)(de)(de)希(xi)望，如果人造器官可(ke)以(yi)(yi)大規模使用(yong)，那么不僅代表著(zhu)患者多(duo)了(le)一(yi)份生的(de)(de)(de)希(xi)望，也可(ke)以(yi)(yi)極大緩(huan)解器官庫的(de)(de)(de)壓力，對全世界來說(shuo)，都是一(yi)個福音。
除了人工心臟(zang)外(wai)，人造(zao)大(da)(da)腦也(ye)是醫(yi)學史上的(de)(de)(de)一大(da)(da)突破(po)，大(da)(da)腦比心臟(zang)更為復雜，雖然以目(mu)前的(de)(de)(de)科學技術水平來說(shuo)(shuo)，還(huan)無法創(chuang)造(zao)出一個完整不排異的(de)(de)(de)大(da)(da)腦，但(dan)是也(ye)有(you) 一位患者(zhe)(zhe)接受了75%的(de)(de)(de)大(da)(da)腦移植(zhi)，手術還(huan)是非常成功(gong)的(de)(de)(de)，這位患者(zhe)(zhe)也(ye)并未出現大(da)(da)的(de)(de)(de)反應，可以說(shuo)(shuo)人造(zao)大(da)(da)腦已(yi)經可以讓他(ta)重新開始(shi)生(sheng)活(huo)了。
我(wo)們可以看(kan)到，目前各種人(ren)(ren)造(zao)器(qi)(qi)官(guan)(guan)層出不窮(qiong)，并且越來越多的(de)人(ren)(ren)開始接受人(ren)(ren)造(zao)器(qi)(qi)官(guan)(guan)移(yi)植(zhi)，但人(ren)(ren)造(zao)器(qi)(qi)官(guan)(guan)移(yi)植(zhi)還是一(yi)個漫長摸索的(de)過程，入股要想人(ren)(ren)造(zao)器(qi)(qi)官(guan)(guan)真正代替原生器(qi)(qi)官(guan)(guan)工作，還需要更深(shen)一(yi)步的(de)探索創(chuang)造(zao)。關于(yu)人(ren)(ren)造(zao)器(qi)(qi)官(guan)(guan)，大家(jia)有什么看(kan)法呢(ni)？
冷凍的(de)3D打印大(da)腦(nao)支(zhi)架。支(zhi)架解凍后，科學家(jia)將其包(bao)裹在(zai)膠(jiao)原(yuan)蛋白(bai)中(zhong)，并用人體細胞填充。黑色刻度條表示10毫米。Zhengchu Tan等人。/倫敦帝國(guo)理工學院） 一種新的(de)3D打印技術可以創建像(xiang)人類柔軟的(de)大(da)腦(nao)或海綿狀肺一樣柔軟的(de)組織，這是以前不可能的(de)。
“添加(jia)劑(ji)制(zhi)造”或3D打印(yin)，承(cheng)諾允許醫生利用(yong)病人自身的細胞(bao)為(wei)病人生產定制(zhi)的器官，這有助于(yu)減少(shao)需要移植的人器官的嚴(yan)重短(duan)缺。
然而，這項技術(shu)仍然有(you)很大的(de)(de)局限性。為(wei)(wei)了(le)創造這些器官(guan)，生物工程人員需(xu)要(yao)3D打印(yin)(yin)(yin)出模擬器官(guan)結(jie)(jie)構(gou)的(de)(de)支(zhi)架，然后用細(xi)胞填(tian)充。到目(mu)前為(wei)(wei)止，只(zhi)有(you)相對(dui)堅硬的(de)(de)材料才(cai)能進行3D打印(yin)(yin)(yin)。但身體的(de)(de)某(mou)些器官(guan)，如大腦和肺，有(you)著極其柔軟的(de)(de)結(jie)(jie)構(gou)。[2017年3D打印(yin)(yin)(yin)的(de)(de)最(zui)奇怪的(de)(de)東西]
“以前打印(yin)的(de)生物結構類型是(shi)骨(gu)頭或更(geng)堅硬的(de)器官，如肝臟(zang)和(he)腎臟(zang)，”鄭(zheng)楚(chu)坦說，倫敦帝國(guo)理(li)工(gong)(gong)學院機械工(gong)(gong)程系研究員，最近發(fa)表的(de)一篇論(lun)文的(de)主(zhu)要作(zuo)者，該論(lun)文描述(shu)了(le)新的(de)3D打印(yin)技術。
“我們使用了一種非常柔軟(ruan)的材料，即復合水凝膠(jiao)，并打印出了類似于(yu)大腦(nao)和肺(fei)的較軟(ruan)組(zu)織(zhi)，Tan告(gao)訴LiveScience，
，但是3D打(da)印(yin)非常軟的(de)(de)(de)(de)材料的(de)(de)(de)(de)問(wen)題是，在3D打(da)印(yin)過程(cheng)(cheng)中(zhong)，底層往(wang)往(wang)會隨著在其上(shang)添加(jia)額外(wai)的(de)(de)(de)(de)層而塌陷，Tan說(shuo)。事實上(shang)，3D打(da)印(yin)的(de)(de)(de)(de)過程(cheng)(cheng)是一層一層地創建一個對象，這意味(wei)著較(jiao)低(di)的(de)(de)(de)(de)層需要能夠支持不斷增(zeng)長的(de)(de)(de)(de)結構的(de)(de)(de)(de)重量。
為了解決(jue)這個問題，研究人員(yuan)將事情(qing)冷(leng)(leng)卻下(xia)(xia)來(lai)-從字面(mian)上說我(wo)們正(zheng)在使用低溫印(yin)刷工藝，這意味著前(qian)一層被凍結，”譚說。她說：“冷(leng)(leng)凍使這一層非常堅固(gu)和穩定(ding)，這樣(yang)下(xia)(xia)一層就可以(yi)印(yin)在上面(mian)，3D物體就不會在自身重量的作用下(xia)(xia)塌陷(xian)。”
在打印完成后，工程師(shi)們可(ke)以慢(man)慢(man)解凍(dong)物體(ti)，并保持(chi)其形狀。
來3D打印腳手架，研究(jiu)人員使用(yong)了一(yi)種新型的(de)(de)復合水凝膠，它(ta)由(you)兩種成分(fen)組成：水溶性合成聚合物(wu)聚乙烯醇和一(yi)種叫(jiao)做Phytagel的(de)(de)果凍狀物(wu)質。
，然(ran)(ran)后，他(ta)們(men)用膠原蛋白包裹(guo)所(suo)得到的(de)結構，并將其(qi)與人(ren)類細胞結合。然(ran)(ran)而，為(wei)了(le)實驗的(de)目的(de)，研究人(ren)員(yuan)在模(mo)擬(ni)人(ren)腦的(de)支(zhi)架上使用皮膚(fu)細胞而不(bu)是腦細胞。
到目前為(wei)止仍然限制 ，研究人員只能制造出大腦樣(yang)(yang)組(zu)織的小(xiao)樣(yang)(yang)本，而不是整個(ge)大腦。生物工(gong)程系的研究助理、高級研究作者安東(dong)尼奧(ao)·埃利亞·福特說(shuo)：“如果你想(xiang)用標準的商用3D打印(yin)機來(lai)打印(yin)一個(ge)完整的大腦，這將是一個(ge)非常具有挑戰性的任務。”，同(tong)樣(yang)(yang)在倫敦(dun)帝國理工(gong)學院，
“當你(ni)進(jin)入(ru)復雜的(de)結(jie)構時，你(ni)對(dui)材料性能的(de)要求越(yue)低(di)，幾(ji)何結(jie)構自行坍塌(ta)的(de)風(feng)險就越(yue)大，”Forte告訴Live Science，
研究人員(yuan)目前(qian)使用(yong)的(de)(de)低(di)溫技術(shu)通過3D打(da)印板(ban)冷卻材料，Forte說。這意(yi)味著，在整個物體被打(da)印出(chu)來之前(qian)，從(cong)板(ban)上進一(yi)步(bu)移除的(de)(de)層(ceng)會(hui)融化(hua)，整個低(di)溫效應也(ye)會(hui)消失(shi)。
在(zai)未來(lai)，研究人員(yuan)可(ke)以通過(guo)使(shi)用(yong)一個能保持整個物(wu)體低溫的腔室來(lai)進一步發(fa)展這項技(ji)術，Forte說(shuo)，
靜(jing)止不動，新技術是(shi)向前(qian)邁(mai)出(chu)(chu)的一步(bu)。”現在我們終于可以打印出(chu)(chu)非常柔軟的材(cai)料，而(er)這不是(shi)ac“我以前(qian)也見過，”福特說(shuo)。研究人(ren)員的目標是(shi)改進技術，使(shi)之能(neng)夠打印出(chu)(chu)更大的物體。
Forte補充說，生(sheng)物(wu)工程(cheng)師可(ke)能還需要幾十年才能使用3D打印技術創造出(chu)功(gong)能全(quan)面的(de)(de)復雜人體器(qi)官，如(ru)大(da)腦或(huo)肺。盡管如(ru)此，目前的(de)(de)技術可(ke)以幫助研究人員研究大(da)腦或(huo)肺組織在各(ge)種條件下的(de)(de)行為，例(li)如(ru)，在撞(zhuang)擊情況下，例(li)如(ru)創傷(shang)性腦損傷(shang)。
這篇(pian)論文(wen)發表(biao)在2017年(nian)11月的《科學報告》雜志上。
最初發表在《生命(ming)科學》雜志上。
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