生物通報道：最近，美國威克森林浸信醫學中心（Wake Forest Baptist Medical Center）的再生醫學科學家們證實，使用一種復雜的、特別定制的三維打印機，能夠打印出活體組織結構植入患者，取代受傷或病變組織。
這項研究發表在2月15日的《Nature Biotechnology》，科學家們稱，他們用這種三維打印機，打印出了耳朵、骨骼和肌肉結構。當這些結構被植入動物體內時，它們便成長為功能性的組織，并發展出血管系統。最為重要的是，這些早期的結果表明，這些結構具有合適的尺寸、強度和功能，能夠用于人類。
本研究資深作者、威克森林再生醫學研究所（WFIRM）所長Anthony Atala指出：“這種新的組織和器官打印系統，是我們探索為患者制造替代組織的一個重要進展。它可以制造穩定的、任何形狀的人體組織。隨著進一步的發展，這種技術有可能會被用來打印活體組織和器官結構，用于手術移植?！?/p>
這項研究是由Armed Forces再生醫學研究所資助支持，這是一項聯邦政府資助，旨在應用再生醫學來治療損傷，向患者體內植入生物打印的肌肉、軟骨和骨骼。
組織工程學是一門科學，目的是在實驗室中培育替代的組織和器官，以幫助解決捐獻移植器官短缺的問題。三維打印的精度，使其成為一種很有前途的方法，用于復制人體的復雜組織和器官。然而，當前的打印系統是基于噴射、擠壓和激光誘導的正向傳輸，不能產生具有足夠尺寸或強度的結構，植入體內。
Integrated Tissue and Organ Printing System (ITOP)——由再生醫學研究所的科學家經過10年時間開發出來，克服了這些挑戰。該系統可沉積生物降解的、塑料狀的物質，形成含有細胞的組織“形狀”和水性凝膠。此外，還形成了一種強大的、臨時的外部結構。打印過程并不會傷害細胞。
組織工程的一個重大挑戰是，確保植入的結構能夠生存足夠長的時間，以與人體相結合。威克森林浸信醫學中心的科學家，以兩種方式解決了這一問題。他們優化了含有細胞的水性 “墨水”，因此它能促進細胞的健康和增長，并且他們在整個結構中打印出了微通道網格。這些通道可讓身體的營養物質和氧氣擴散到結構中，并讓它們保持存活，同時它們發展出一種血管系統。
以前的研究已經表明，沒有現成血管組織的結構必須小于200微米（0.007英寸）才能存活。在這些研究中，一個嬰兒大小的耳朵結構（1.5英寸）能夠存活，并在植入后一至兩個月表現出血管化的跡象。
Atala說：“我們的研究結果表明，我們采用的生物墨水組合，結合微通道，提供了合適的環境，可保持細胞存活，并支持細胞和組織的生長?！?/p>
ITOP系統的另一個優點在于，它能夠使用來自CT和MRI掃描的數據，為患者“量身定制”組織。例如，對于一個耳朵缺失的病人來說，這個系統可以打印出一個匹配的結構。
幾個概念證明實驗結果已經證明了ITOP的能力。為了表明ITOP可以生成復雜的三維結構，研究人員將打印的、真人大小的外部耳朵植入小鼠的皮膚下。兩個月后，植入耳朵的形狀保持良好，并形成了軟骨組織和血管。
為了證明ITOP可以產生有組織的軟組織結構，研究人員將打印的肌肉組織植入大鼠體內。兩周后，試驗證實，肌肉足夠強大，因此能保持其結構特征，成為血管化并誘導神經形成。
而且，為了演示一個真人大小的骨結構，研究人員使用人干細胞打印了頜骨片。骨片大小和形狀符合人類面部重建的需要。為了研究生物打印骨骼在人體內的成長，研究人員將打印的顱骨部分植入大鼠體內。五個月后，生物打印的結構已經形成了帶血管蒂的骨組織。正在進行的研究將繼續測量更長期的結果。
作為一種新興的熱門技術，3D打印技術正迅速在醫學領域大展身手，尤其是再生醫學。讓我們簡單盤點一下3D打印技術在醫學領域的研究成果。
新型3D打印法實現個性化醫療
美國東北大學的研究人員，開發出一種創新的3D打印技術，利用磁場域將復合材料——塑料和陶瓷的混合結構，塑造成患者特異性的產品。相關研究結果發表在2015年十月二十三日的《Nature Communications》。
世界首次用3D打印挽救重病兒童
密歇根大學Mott兒童醫院，醫生們用一種3D打印的設備，通過一種從未使用的程序植入患者體內，挽救了3名氣管支氣管軟化癥患兒的生命。他們在2015年4月份的《科學轉化醫學》（Science Translational Medicine）發表了這些充滿前景的研究結果。
“生物3D打印機”使修復手術更完美
2015年3月份，著名的《美國物理聯合會》期刊上發表了上海大學快速制造工程中心胡慶夕教授團隊在生物3D打印方面的突破性研究工作。該團隊研發的生物3D打印機，可以實現宏微觀結構的復合成形和微納結構表面修飾，同時可以實現滴涂、共混沉積、電噴、靜電紡絲等多種細胞直接復合接種方式。
3D打印人造血管技術獲重大突破
德國弗朗霍夫激光技術研究所研究人員成功利用3D打印技術制造出人造血管,這一技術突破有望廣泛應用在治愈皮膚創傷、人工皮膚再造和人造器官等醫學領域。
首次利用3D打印技術輔助復雜肺門腫瘤手術
2015年7月，哈爾濱醫科大學附屬第四醫院胸外科主任崔鍵教授率領的團隊，在全國首創利用3D打印技術輔助完成復雜肺門腫瘤手術。
