整個(gè)生物3D打印產(chǎn)業(yè)的發(fā)展非常迅速，并且逐漸承擔(dān)起了救死扶傷的使命。各式各樣的生物打印機(jī)逐漸面世，它們提高了醫(yī)學(xué)研究工作者的生產(chǎn)力，為他們賦予能力。
生物打印設(shè)備使得研究人員可以結(jié)合細(xì)胞、凝膠、纖維、聚合物、陶瓷和金屬等材料做出生物支架，從而取代那些受損或者壞死的人體組織和器官。
事實(shí)上，生物打印研究領(lǐng)域非常廣泛，目前在全球已經(jīng)應(yīng)用在以下五個(gè)領(lǐng)域：
01
皮膚
對(duì)大面積燒傷的人來說進(jìn)行植皮手術(shù)所需大面積的皮膚是很困難的，因此醫(yī)學(xué)研究中一直在尋找簡單的方法制造出植皮所需的皮膚。
威克森林大學(xué)再生醫(yī)學(xué)研究院的研究員們正在研究一種用生物打印技術(shù)制造皮膚薄層的方法。制皮之前需要取自傷者身上一塊不大于郵票的皮膚組織，分析這塊皮膚的層數(shù)分布后，這塊組織被放置在經(jīng)過消毒的噴墨盒中，研究員進(jìn)行編程輸入打印機(jī)中，打印機(jī)將會(huì)按照程序，參照供體的細(xì)胞，利用一種膠體和特殊材料制作出與舊皮膚組織結(jié)構(gòu)相同的新皮膚組織。
研究人員還希望能夠在任何地方輕松的制造皮膚。比如醫(yī)務(wù)人員可以提著一個(gè)便攜式皮膚打印機(jī)到戰(zhàn)場上受傷的士兵身邊，掃描傷口，確認(rèn)所需皮膚層數(shù)，從傷者身上提取細(xì)胞然后打印出一塊不會(huì)產(chǎn)生排斥反應(yīng)的皮膚，這樣士兵就能得到及時(shí)的治療。
02
骨組織
英國格拉斯哥大學(xué)從旨在幫助地雷爆炸幸存者的慈善機(jī)構(gòu)那里獲得了280萬英鎊的資助，以開發(fā)一種3D打印骨頭的方法。
該校的3D打印骨頭開發(fā)團(tuán)隊(duì)同意在一只狗身上嘗試該技術(shù)。一種骨碎片、BMP-2、聚(丙烯酸乙酯)/PEA(充當(dāng)粘合劑)和狗的骨髓混合物被植入到腿部的裂縫中。七周后，骨頭重新生長出來，這只狗完全康復(fù)，并恢復(fù)了正常生活。
手術(shù)的成功對(duì)人類來說是個(gè)好消息。雖然離在人類身上測試這種技術(shù)還有幾年的時(shí)間，但該技術(shù)能修復(fù)這樣一種復(fù)雜的損傷這一事實(shí)為世界上數(shù)百萬的地雷爆炸幸存者帶來了希望。此外，這種 3D打印技術(shù) 還能促進(jìn)人體任何部位上的骨頭生長。
03
血管
近日，俄勒岡健康與科學(xué)大學(xué)(OHSU)的研究人員開發(fā)出一個(gè)工藝，用一臺(tái)生物打印機(jī)來在已經(jīng)拔出的牙齒中打印血管，這預(yù)計(jì)將對(duì)根管治療產(chǎn)生積極影響。
OHSU使用預(yù)血管化的漿狀組織來促進(jìn)牙髓再生，并且能實(shí)現(xiàn)一個(gè)更好的長期治療。為了證明新方法的效果，研究人員在一顆已經(jīng)拔出的人類牙齒中種植入一種由水凝膠、牙髓細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞組成的物質(zhì)，內(nèi)皮細(xì)胞會(huì)形成血管的內(nèi)部。
一移除拔出牙齒的牙髓，團(tuán)隊(duì)就將水凝膠物質(zhì)和牙髓細(xì)胞注射在一個(gè)纖維模具周圍，纖維模具用于形成微通道血管。基于以前的研究，研究團(tuán)隊(duì)用一臺(tái)生物打印機(jī)創(chuàng)建了一個(gè)瓊脂糖纖維模具。隨后，研究人員取出纖維，并注射入內(nèi)皮細(xì)胞來替代它。七天后，他們發(fā)現(xiàn)血管開始形成。
經(jīng)過這些成功的實(shí)驗(yàn)，研究團(tuán)隊(duì)希望開始進(jìn)行體內(nèi)試驗(yàn)，以確定上述方法在直接應(yīng)用時(shí)是否會(huì)成功，研究人員相信“這一發(fā)現(xiàn)可能會(huì)改變未來根管治療的方式”。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，制造人造血管是一種高效的策略來完全再生牙齒的功能。
04
器官
3D生物打印技術(shù)可讓科研人員另辟途徑地制造人體替換器官，雖然將其應(yīng)用于醫(yī)療服務(wù)領(lǐng)域還需很長一段時(shí)間，但是科學(xué)家相信隨著3D生物打印技術(shù)以及再生醫(yī)學(xué)的發(fā)展進(jìn)步，將最終實(shí)現(xiàn)人體器官的個(gè)性化定制。
迄今為止在實(shí)驗(yàn)室培育出來的器官只是含有相當(dāng)簡單的結(jié)構(gòu)。肝臟、心臟和腎臟等固體內(nèi)臟的制造過程更加復(fù)雜。但耶魯大學(xué)一所實(shí)驗(yàn)室已用細(xì)胞替換技術(shù)制造出老鼠肺。它們可在這些嚙齒動(dòng)物體內(nèi)運(yùn)作一段時(shí)間。
隨著研究人員更多的利用生物打印技術(shù)去解決組織工程問題，相信不久的將來，這些難題都將成為過去。
05
藥物控釋
倫敦大學(xué)制藥學(xué)院發(fā)表了一篇《3D打印藥片的幾何形狀對(duì)于藥物釋放的影響(Effect of Geometry on Drug Release From 3D Printed Tablets)》的論文，詳細(xì)說明了利用3D打印技術(shù)制造一般難以制造的異形藥片的方法。
未來藥劑設(shè)計(jì)和制造很可能會(huì)從限定劑量的片劑(膠囊或)的大批量生產(chǎn)，轉(zhuǎn)變?yōu)獒槍?duì)單個(gè)病人限定劑量的即時(shí)制造。為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，制藥行業(yè)需要評(píng)估和接受新的制造技術(shù)，其中一項(xiàng)具有潛在應(yīng)用可能的技術(shù)就是3D打印。
幾何形狀確實(shí)在決定藥物釋放曲線中起著主要作用。當(dāng)在3D打印的藥片表面積保持恒定時(shí)，藥物釋放速度最快的是金字塔形的藥片，然后是圓環(huán)體、立方體、球體，最后才是圓柱體。這個(gè)排序與片劑表面積/體積比率直接相關(guān)，因?yàn)閳A柱體的這一比值最低，而金字塔狀的則最高。片劑的藥物釋放動(dòng)力學(xué)顯示其對(duì)表面積并非依賴關(guān)系，而是跟表面積與體積的比率直接相關(guān)，換言之幾何形狀對(duì)藥物釋放曲線存在影響，而大量形狀類似的片劑表現(xiàn)出來的溶解曲線幾乎沒有差別。
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