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3D打印技术的医学应用与面临的挑战

2013-08-30 00:02
seele_jin
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  德国汉诺威医学院实验室正在试验用生物打印机制造皮肤组织;而另一家德国实验室正在试图打印心脏细胞,以用于修补那些受损的心脏;得州大学艾尔帕索分校的托马斯博兰德博士已经研究出一种打印脂肪组织的方法,这一技术将来也许能用在那些需要做乳房肿瘤切除手术的女人身上,以帮助她们生长新的乳房。

  打印软骨或可实现

  达里尔德利马承认,他想制造软骨打印机的梦想――也许是一个固定在精确定位的机械手臂上的打印喷头――要一些年头才能实现。但他认为,这项工作比其他目标更有机会成为现实。“打印一个完整的心脏或膀胱是令人着迷、令人兴奋的,”他说,“但打印软骨也许是3D打印技术引入医学领域最先实现的目标。”

  德利马认为其中的一个原因是,软骨组织的构造比其他组织要简单得多。软骨细胞位于胶原纤维和其他细胞分泌物混合而成的组织中。作为一种细胞,软骨细胞相对来说比较容易养护,它们不需要太多的营养液,这就简化了打印过程。

  让被打印组织得到滋养,以让它存活,是研究者们面临的最大的挑战。大多数的细胞要保持在很短的距离内(通常是两个细胞的宽度)才能获得营养液,自然生成的组织是通过微细血管或毛细血管来完成这一目标的。但在生物打印中,要想制造仿生毛细血管却十分困难。但德利马不需要担心这个问题,因为软骨细胞只需要从关节和骨头上扩散出来的非常少的营养液,这些营养液帮助软骨缓解由于关节活动所带来的压力。

  德利马博士也不需要担心神经问题,因为软骨组织上没有神经。但他有其他要担心的问题,膝盖和臀部的软骨结构复杂,增加了打印过程中的难度。

  有待克服的难题

  现在,德利马和他的同事开始考虑用一台热能喷墨打印机,在打印机的墨盒里装上生物墨水,生物墨水被加热后会产生气泡,迫使生物墨水滴落。这个技术非常可靠,在很多的3D打印技术中都有运用。但研究人员却很谨慎,因为打印过程中会产生热量。“我们认为,(打印过程中产生的)热量足以杀死细胞。”德利马博士说。

  但博兰德和其他人所做的基础研究显示,打印过程中热能的脉冲非常快,因此,大多数的细胞都能存活下来。

  德利马的团队很快又发现了另一个问题:对他们的研究来说,最新的喷墨打印机太复杂了。“打印机的分辨率太高,以致细胞无法从打印机的喷嘴里出来。”他们最终决定用一台产于上世纪90年代的500型号的惠普喷墨式打印机,这台打印机的喷嘴更大。

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