3D打印器官的潛力與植入器官的打印步驟簡介

瀏覽次數(shù)：907　發(fā)布日期：2023-3-22　來源：本站　僅供參考，謝絕轉(zhuǎn)載，否則責(zé)任自負(fù)

1 打印器官何時(shí)上市？
如視頻所提及，當(dāng)談到3D打印器官時(shí)，我們?nèi)祟愡€沒有到可以將3D打印的心臟植入身體的階段。在本文中，我們將深入探討這個(gè)主題，并對以下的內(nèi)容提出看法。

生物打印的主要目標(biāo)是通過開發(fā)打印活體器官和其他身體部位的可能性來解決器官供體危機(jī)。對于未來的患者來說，這意味著他們的器官移植等待時(shí)間更短，同時(shí)也意味著根據(jù)他們獨(dú)特的遺傳和生理特征定制器官，以降低排斥反應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)。但人體以及打印器官是一個(gè)復(fù)雜的話題，在未來的幾年和幾十年里，將繼續(xù)需要大量的研究。

由于我們身體的復(fù)雜性，我們無法完全準(zhǔn)確地估計(jì)人類和植入3D打印器官有多接近。但是3D生物打印技術(shù)不斷在進(jìn)步，使用這些技術(shù)的研究人員正逐步靠近實(shí)現(xiàn)這一夢想。

2022年6月，3D Bio Therapeutics在一項(xiàng)臨床試驗(yàn)中使用患者自己的細(xì)胞打印并植入了一只耳朵。令人鼓舞的是，3D生物打印技術(shù)已經(jīng)被用于打印可植入組織。
在2022年接受BBC Click采訪時(shí)，我們自己的CSO Itedale Namro Redwan被問及距離3D打印器官植入物還有多遠(yuǎn)：
“我認(rèn)為在15到20年后，我們可能會在臨床試驗(yàn)中看到這一點(diǎn)。很快就會看到更簡單的器官。但如果我們談?wù)摰氖峭暾膬?nèi)臟器官，這需要一些時(shí)間。”

簡而言之，該領(lǐng)域正以預(yù)期的速度朝著正確的方向發(fā)展。隨著關(guān)鍵的進(jìn)步和突破，印刷器官的功能可能比我們想象的更快。需要注意的是，打印一種類型的器官（比如肝臟）并不意味著我們可以立即打印另一種類型（比如心臟）。每個(gè)器官都有其自身的復(fù)雜性。但一旦第一個(gè)器官被成功打印并植入，我們將更接近于打印第二個(gè)器官。

PART TWO
如何打印器官？
- 輕松了解 - 打印器官 -

如本文導(dǎo)言所述，植入打印器官的能力將縮短器官移植的等待時(shí)間，并降低器官排斥的風(fēng)險(xiǎn)。在本文中，3D打印器官是以三維幾何圖形打印的活細(xì)胞集合，以復(fù)制我們體內(nèi)器官的功能。

由于在進(jìn)行臨床試驗(yàn)之前仍有許多挑戰(zhàn)需要克服，我們無法給確切答案。當(dāng)完全可以打印內(nèi)臟器官時(shí)，我們可以假設(shè)將使用現(xiàn)代、先進(jìn)和新技術(shù)的組合。
下面，您將看到一個(gè)用于植入的器官的打印過程的簡化三步描述。無論每個(gè)步驟中的細(xì)節(jié)如何，該描述都可能是準(zhǔn)確的。我們希望能為您詳細(xì)解釋每一步，這也是世界各地的研究人員正在努力解決的問題！

步驟1：開發(fā)3D模型
您需要一個(gè)模型來3D打印任何特定內(nèi)容。通用常用模型可能很好，但通過成像技術(shù)（如MRI和CTI掃描）和高級軟件，可以創(chuàng)建適合患者的特定3D模型。
通過個(gè)性化3D模型和最終完成的打印器官，成功植入的機(jī)會增加。

步驟2：采集患者的細(xì)胞并選擇生物材料
為了進(jìn)一步降低器官排斥的風(fēng)險(xiǎn)，使用患者自身的細(xì)胞是有益的。然后將這些細(xì)胞生長并與專門用于打印所需組織的生物墨水混合。

換句話說：在普通打印機(jī)中，如果你想要打印黑色，你需要黑色墨水（或其仿制品）。同樣，如果你想要3D打印心臟，你需要一個(gè)“心臟”墨水。

步驟3：打印器官模型
在3D模型完成并培養(yǎng)和混合細(xì)胞后，是時(shí)候打印器官了。包含患者細(xì)胞的生物墨水按照3D模型設(shè)計(jì)進(jìn)行打印。也可以在打印3D構(gòu)造之后添加單元。

世界各地的研究人員正在研究將使用的精確打印技術(shù)和生物墨水。例如，這可以包括基于擠壓的生物打印，簡化后，將生物材料擠壓成形狀（參見我們的BIO X 或 BIO X6），或通允許高分辨率（基于光的生物打印，使用光來塑造生物材料，這通常允許高分辨率（參見我們的BIONOVA X和Lumen X+）。

總結(jié)：我們可以3D打印器官嗎？
如果我們談?wù)摰氖枪δ芡陚涞膬?nèi)部器官，那么今天的答案是否定的。因?yàn)槲覀冞€需要克服一些障礙。
這些障礙包括創(chuàng)建打印器官的仿生血管化，以及為打印過程中使用的生物墨水找到合適的生物材料。

仿生血管化
從生物學(xué)上模擬功能性血管網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性并非易事。與所有打印一樣，3D生物打印具有分辨率。這意味著創(chuàng)造一種3D生物打印機(jī)，能夠打印器官血管網(wǎng)絡(luò)和整個(gè)器官形狀的毫米級復(fù)雜性，這是一項(xiàng)技術(shù)挑戰(zhàn)。今天，血管網(wǎng)絡(luò)通常使用犧牲生物墨水（打印后去除）或同軸生物打印直接制造血管管。

此外，用特定的生物活性材料配制生物墨水，以鼓勵血管化行為是進(jìn)一步探索的途徑。3D生物打印技術(shù)的改進(jìn)和生物材料開發(fā)的結(jié)合對于實(shí)現(xiàn)器官在體外和體內(nèi)的適當(dāng)血管化是必要的。

簡而言之，未來的生物技術(shù)進(jìn)步將為研究人員提供繼續(xù)探索器官仿生血管化所必需的工具。

在CELLINK，我們正在使用基于擠出的生物打印和基于光的生物打印技術(shù)。當(dāng)涉及到打印可植入器官結(jié)構(gòu)時(shí)，考慮將兩者合并為一個(gè)工作流是明智的。雖然基于擠壓的打印提供了極大的靈活性，并且對于打印器官的總體結(jié)構(gòu)非常出色，但要實(shí)現(xiàn)血管系統(tǒng)正常運(yùn)行所需的細(xì)節(jié)將更加困難。這就是基于光的打印可以應(yīng)用的地方。基于光的生物打印更適合打印細(xì)節(jié)特征，如血管網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)樗哂懈叻直媛屎酮?dú)立于犧牲生物墨水。要了解更多關(guān)于擠壓和光結(jié)合的信息，請閱讀我們關(guān)于血管化皮膚組織模型生物制造的技術(shù)說明。

生物材料選擇
一般來說，組織工程的一個(gè)重要方面是生物材料。生物墨水中使用的每種生物材料在與細(xì)胞相互作用時(shí)都會表現(xiàn)出不同的行為。找到這些生物材料的合適混合物對于支持細(xì)胞粘附和分化為合適的細(xì)胞是必要的。

雖然天然聚合物，如膠原蛋白、纖維蛋白、明膠和海藻酸鹽顯示出良好的生物相容性，支持細(xì)胞以所需的方式生長，但這些聚合物的印刷能力有限。因此，合成聚合物通常與天然生物材料相結(jié)合，以提高打印性能。類似于我們剛剛描述的復(fù)合生物墨水被視為3D生物打印未來的有前途的候選者。

究竟哪種生物材料將用于第一個(gè)植入的完整內(nèi)部打印器官，目前尚不好說。我們可以肯定的是，該器官將使用多種適合該器官不同組成部分的材料進(jìn)行印刷。

器官移植的未來
簡而言之，3D打印器官將使世界各地的許多器官接受者受益，這一點(diǎn)無需重復(fù)。3D打印的內(nèi)臟器官離準(zhǔn)備好植入還有幾年的時(shí)間。

但生物打印器官，以及如何打印，是全世界研究人員每天都在研究的課題。

隨著CELLINK和其他生物打印公司繼續(xù)推動3D打印技術(shù)的發(fā)展，以及研究人員不斷致力于和改進(jìn)器官和組織模型，我們將繼續(xù)看到每年的進(jìn)步。

醫(yī)學(xué)和器官移植的未來正在一次一個(gè)腳印慢慢地逼近。

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