細看3D打印技術如何推動現(xiàn)代醫(yī)學的進步

　　7. PNAS：利用干細胞定制具有抗炎作用的3D打印軟骨

　　為了不用手術就可以治療磨損發(fā)炎的髖關節(jié)，科學家們在類似髖關節(jié)股骨頭的3D支架上誘導干細胞進行編程生長為新的軟骨，同時結合基因治療還可以激活新軟骨釋放抗炎分子防止關節(jié)炎復發(fā)。該工作由華盛頓大學醫(yī)學院的研究人員完成，發(fā)表在國際學術期刊PNAS上。

　　這項技術使用了一種3D可生物降解的合成支架，這種支架可以根據病人關節(jié)的準確形狀進行定制，再利用病人皮膚下脂肪組織中的干細胞誘導形成軟骨，將其覆蓋在3D支架上從而獲得新的關節(jié)軟骨。隨后將新軟骨植入發(fā)炎髖關節(jié)表面，用活組織重新覆蓋髖關節(jié)，從而消除關節(jié)炎疼痛，延緩甚至消除一些病人對關節(jié)替換手術的需要。

　　除此之外，研究人員還借助基因療法將一個基因插入到新生的軟骨細胞中，再用一種簡單藥物將其激活，該基因可以促進抗炎分子的釋放進而防止關節(jié)炎復發(fā)?！霸谟醒装Y的時候，我們可以給病人一種簡單的藥物，激活我們植入的基因來降低關節(jié)部位的炎癥，這樣我們就可以在任意時候停止給藥來關閉基因的表達。”研究人員這樣說道。

　　這種基因療法是非常重要的，當關節(jié)部位的炎癥分子水平增加，軟骨會受到損傷，疼痛也會出現(xiàn)。將基因療法加入到干細胞和3D打印支架技術中，研究人員相信這將有助于阻止關節(jié)炎復發(fā)，讓植入軟骨發(fā)揮更長時間的作用。

　　有數(shù)據表明目前有3000萬人美國人被診斷為骨關節(jié)炎，而骨關節(jié)炎的發(fā)生率處于上升態(tài)勢。該數(shù)字中包含許多年齡在40到65歲的相對年輕病人，這些病人由于受到年齡限制還不適合進行關節(jié)替換手術，而傳統(tǒng)的方法又不是特別有效。研究人員認為這部分病人或在將來成為使用這種新技術的理想候選人

　　8. 世界上首例3D打印藥物問世

　　毫無疑問，3D打印技術正在改變整個世界。從工業(yè)生產到設計，醫(yī)藥以及電力，這一技術對產品產生了革命性的推動作用。它將曾經昂貴且不易獲得的產品變得廉價而又普遍。

　　因此，我們對Aprecia制藥公司剛剛發(fā)布的一項聲明也不會感到意外。根據《Science News Journal》的報道，Aprecia藥業(yè)成為首個利用3D打印技術生產藥物的企業(yè)，它們首次通過這一方法生產的藥物叫做"Spritam"，主要用于治療羊癲瘋。目前，該藥物不僅被成功打印出來，而且得到了FDA的批準，目前該藥物已經在美國上市。3D打印藥物的明顯優(yōu)勢在于其快速溶解的特性。通過3D打印的方法，這些藥物以粉末為初始形態(tài)，通過逐層疊加成為最后的藥片。

　　對于"Spritam"來說，3D打印使得其更能夠滿足吞咽能力障礙的患者的需求(羊癲瘋患者通常會有這樣的癥狀)。這些藥物在剛進入喉嚨時能夠快速溶解，不會造成氣管的堵塞。3D打印將會最終推動個體化劑量以及定制藥物組合等未來醫(yī)療方向的發(fā)展。更重要的是，這一藥物的成功將會為其它藥物的3D打印提供新的希望。

　　3D打印藥物是3D打印技術一個革命性的突破，從此，它的用途不僅局限于電子產品與玩具，而是更為嚴肅的，與人類健康息息相關的藥物產品。從3D打印器官，假肢，到如今的藥物，標志著未來醫(yī)療發(fā)展的新方向。

　　9. Biofabrication：手持式3D“打印筆”可高效打印出人類干細胞

　　近日，刊登于國際雜志Biofabrication上的一項研究報告中，來自澳大利亞的研究人員通過研究，利用一種手持式的3D打印筆在自由模式下成功繪制出了具有較高生存率的人類干細胞。研究者開發(fā)的這種新型設備可以幫助外科醫(yī)生在手術期間進行個性化的軟骨移植。

　　研究者指出，利用水凝膠式的“生物墨水”來攜帶并且支持人類干細胞生長，并且利用較低的光源來凝固“生物墨水”這種打印筆運輸?shù)母杉毎拇婊盥示蜁^97%。而這種新型的3D打印筆同時也為組織工程學研究帶來極大幫助，比如其可以逐層打印出細胞，用來構建可供移植的人工組織。

　　但在某些情況下，比如進行軟骨修復的過程中，植入物的精確幾何學特性或許就不能夠被精確應用于外科手術中，這就使得進行人工軟骨組織移植物的前準備工作變得復雜而且困難;新型打印筆的作用就好像外科醫(yī)生的手一樣，可以將定做好的支架或移植物準確填入患者機體缺失的部位。研究者Choong教授說道，這種新型設備的開發(fā)是科學家和臨床醫(yī)生共同努力的成果，對于改善研究以及患者的治療將帶來空前的改變。

　　這種打印筆比較輕便小巧、具有人體工程學特性及可消毒特性，同時還配備有較低功率的光源及固化劑;研究者認為這種新型設備后期將可以更好地幫助科學家們“繪制打印”出人類干細胞以供臨床研究是治療之用。

　　10. Biomaterials：3D打印技術用于大腦研究

　　在一項發(fā)表在Biomaterials雜志的研究中，來自澳大利亞和美國的一隊研究人員用3D方法打印大腦結構的方法，以便培養(yǎng)神經細胞模擬真實的大腦。大腦占有2%體重，由超過一億個神經元細胞組成，是個非常復雜的器官。科學家能運用動物模型研究大腦，但最近很多工作都在試圖尋求替代品，此舉受到英國國家中心NC3Rs(National Centre for the Replacement, Refinement & Reduction of Animals in Research)的支持。

　　其中一種替代品是在實驗室創(chuàng)造大腦模型：在結構材料中培養(yǎng)大腦細胞，讓科學家在組織中觀察。在這之前，這僅在二維上有可能——產生細胞薄膜。Gordon教授與同事們利用3D打印技術，模仿大腦的層狀3D結構以更準確的模擬大腦。最近幾年3D印刷的到來，創(chuàng)造含有某種材料甚至是活細胞的結構，讓我們開始探索非?；A的問題。在類似真實大腦的3D結構中觀察發(fā)生的的情況，使我們更好的理解阿爾茲海默癥、帕金森病等退行性疾病。

　　這個多學科成員組成的小組中有臨床醫(yī)生，生物學家，材料學家和化學家等，他們用結冷膠來創(chuàng)建新的三維結構。結冷膠是由細菌鞘氨醇單胞菌伊樂組成，經常在微生物實驗室用于膠化劑。他們用結冷膠創(chuàng)建生物油墨，而它們與大腦細胞結核。結冷膠有助于細胞生長，用網狀結構發(fā)揮作用。Biomaterials主編Kam教授解釋了這項研究的重要性，無法接近人的大腦細胞使對大腦的分子研究充滿挑戰(zhàn)。大腦類結構對應用于分析疾病模型和藥物研發(fā)都非常寶貴的價值。