3d打印之生物打印

1、,,3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用,,,2024/3/10,,,指導(dǎo)老師：,學(xué) 生：,,生物打印機(jī)生物打印的前景和遇到的問(wèn)題三 3D打印在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用,,,一、生物打印機(jī),1.1 名字由來(lái)3D生物打印機(jī)是指國(guó)外媒體2010年6月6日?qǐng)?bào)道的、由美國(guó)Organovo公司研制的、“按需打印”患者所需的人體活器官的機(jī)器。器官移植可以拯救很多人體器官功能衰竭或損壞的患者生命，但這項(xiàng)技術(shù)也存在器官來(lái)源不足、排異反應(yīng)難以

2、避免等弊端。不過(guò)，隨著未來(lái)“生物打印機(jī)”的問(wèn)世，這些問(wèn)題將迎刃而解。,,據(jù)媒體2013年8月7日?qǐng)?bào)道，杭州電子科技大學(xué)等高校的科學(xué)家自主研發(fā)出一臺(tái)生物材料3D打印機(jī)。,1.2 原理,3D生物打印機(jī)基于現(xiàn)有技術(shù)發(fā)明，利用一層層的生物構(gòu)造塊，去制造真正的活體組織。這一技術(shù)尚處于初級(jí)階段， 3D生物打印機(jī)有兩個(gè)打印頭，一個(gè)放置最多達(dá)8萬(wàn)個(gè)人體細(xì)胞，被稱為“生物墨”；另一個(gè)可打印“生物紙”。,,所謂生物紙其實(shí)是主要成分是水的凝膠，可用作細(xì)胞生長(zhǎng)

3、的支架。3D生物打印機(jī)使用來(lái)自患者自己身體的細(xì)胞，所以不會(huì)產(chǎn)生排異反應(yīng)。據(jù)介紹，這種機(jī)器首先“打印”器官或動(dòng)脈的3D模型，接著將一層細(xì)胞置于另一層細(xì)胞之上。打印完一圈“生物墨”細(xì)胞以后，接著打印一張“生物紙”凝膠,,不斷重復(fù)這一過(guò)程，直至打印完成新器官。隨后，自然生成的細(xì)胞開始重新組織、熔合，形成新的血管。每個(gè)血管大約需要一小時(shí)形成，而熔合在一起需要數(shù)天時(shí)間。Organovo公司首席執(zhí)行官基思·墨菲在接受《工程師》雜志采訪時(shí)指

4、出，最終有一天，只需輕輕按下按鈕，就能讓3D生物打印機(jī)制造出我們所需要的器官。,二 生物打印的前景和遇到的問(wèn)題,從全球來(lái)看，生物打印技術(shù)在主動(dòng)脈瓣、種植手術(shù)導(dǎo)板、人工下顎等領(lǐng)域已應(yīng)用。血管打印已初步實(shí)現(xiàn)。其最終的目標(biāo)，是實(shí)現(xiàn)活體器官的打印。不過(guò)，生物打印還有很多技術(shù)瓶頸需要突破，比如：打印復(fù)雜的血管系統(tǒng)、細(xì)胞彼此間如何傳遞信號(hào)、活細(xì)胞如何 “啟動(dòng)”等等，生物打印的時(shí)代還有很長(zhǎng)的路要走。,,二 3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用,世界第一

5、例3D打印技術(shù)用于臨床,俄亥俄州的小男孩Kaiba Gionfriddo，極端罕見(jiàn)的先天性氣管支氣管軟化癥，無(wú)法自主呼吸，每日面臨死亡威脅。密西根大學(xué)醫(yī)學(xué)院根據(jù)CT影像利用3D打印機(jī)打印了一個(gè)氣管支架植入體內(nèi)，7天后撤離呼吸機(jī)自主呼吸。2013年5月23日發(fā)表在新英格蘭醫(yī)學(xué)雜志。,世界上第一個(gè)3D打印人類胚胎干細(xì)胞,英國(guó)愛(ài)丁堡赫瑞瓦特大學(xué)研究人員使用3D打印出了世界上第一個(gè)人類胚胎干細(xì)胞。該團(tuán)隊(duì)使用了一種經(jīng)特殊設(shè)計(jì)的“以瓣膜為基礎(chǔ)”的打

6、印機(jī)。這種打印機(jī)裝有的“生物墨水”內(nèi)含有實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)出的人類胚胎干細(xì)胞。只需少量空氣就可把這些細(xì)胞從打印機(jī)的“墨盒”中擠出，并可通過(guò)微型瓣膜的開合來(lái)控制“墨水”的流動(dòng)。,價(jià)值所在,通過(guò)打印人類胚胎干細(xì)胞生成3D結(jié)構(gòu)，能造出更精確的人體組織模型，這對(duì)藥物開發(fā)，毒性測(cè)試非常有用，為人類提供可靠的藥物而不必再用動(dòng)物做藥物測(cè)試，提供用于移植器官而無(wú)需捐獻(xiàn)，并能消除器官排斥和免疫抑制帶來(lái)的問(wèn)題。,,2013年11月7日，來(lái)自美國(guó)一家生物技術(shù)公司Or

7、ganovo用3D打印機(jī)打印出功能正常的肝臟組織并存活了長(zhǎng)達(dá)40天之久，再次打破該公司于5月份創(chuàng)造的存活5天的記錄。,,3D打印肝臟模型輔助手術(shù),2013年4月9日，日本一家醫(yī)院的醫(yī)生先使用刀具切割了一個(gè)由3D打印機(jī)打印的患者肝臟的三維復(fù)制品。這個(gè)模型幫助醫(yī)生計(jì)算出如何切割肝臟，并成功的進(jìn)行了肝臟移植手術(shù)。,2013年7月4日從北京大學(xué)第三醫(yī)院獲悉：截至目前，已經(jīng)有近40位患者在簽署知情同意之后，植入了3D打印出來(lái)的“鋼筋鐵骨”，并接受

8、定期追蹤檢查。北京大學(xué)第三醫(yī)院骨科劉忠軍帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)在脊柱及關(guān)節(jié)外科領(lǐng)域研發(fā)出了幾十個(gè)3D打印脊柱外科植入物，其中包括頸椎椎間融合器、頸椎人工椎體及人工髖關(guān)節(jié)在內(nèi)的三個(gè)產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入了臨床觀察階段。,2013年2月20日，康奈爾大學(xué)研究人員利用牛耳細(xì)胞在3D打印機(jī)中打印出人造耳朵，可以用于先天畸形兒童的器官移植。 他們首先利用快速旋轉(zhuǎn)的3D相機(jī)拍攝數(shù)名兒童現(xiàn)有耳朵的三維信息，然后將其輸入計(jì)算機(jī)，3D打印機(jī)會(huì)據(jù)此打印出耳朵模

9、子。研究人員在模子中注入特殊的膠原蛋白凝膠，這種凝膠含有能生成軟骨的牛耳細(xì)胞。此后數(shù)周內(nèi)，軟骨逐漸增多并取代凝膠。3個(gè)月后，模子內(nèi)出現(xiàn)一個(gè)具有柔韌性的人造外耳，其功能和外表均與正常人耳相似。,,目前，TeVido BioDevices生物科技公司首席技術(shù)官兼副總裁Scott Collins公開表示該公司已經(jīng)可以通過(guò)生物活體細(xì)胞重建技術(shù)及3D打印技術(shù)為那些患有乳腺癌并且將乳房切除的患者植入再生乳房或乳頭再造，從而減少因假體產(chǎn)生的排異等不良