3D Printing Industry的這篇綜述回顧了最近一些3D生物打印和增材制造方法在醫(yī)學中應用的實例。

最近，3D打印技術(shù)在手術(shù)計劃中的應用又向前邁進了一步，在本文中我們將通過3D Systems公司的案例來看一看3D打印在手術(shù)計劃中的應用。我們還將看到3D打印的骨骼如何起作用，以及軟骨在再生醫(yī)學研究中正在取得怎樣的進展。最后，我們會將目光鎖定在3D打印的血管組織，回到中國獼猴接受了3D打印靜脈的有效植入這一話題上。

成功的手術(shù)計劃

為患者個性化定制3D打印的解剖模型是3D打印中一種非常有價值的應用形式，不僅節(jié)省了寶貴的手術(shù)時間，還可以改善患者的預后。

Stratasys旗下的增材制造服務公司 Stratasys Direct Manufacturing已經(jīng)創(chuàng)造出了3D打印的腦模型；加利福尼亞州的Spinal Elements公司正在制訂脊柱外科手術(shù)指南；一些初創(chuàng)公司也已經(jīng)快速進入到了不斷增長的市場中，例如新加坡的Supercraft3D公司已經(jīng)獲得了投資公司100萬美元的資金支持。

一種為病人個性化定制的3D打印手術(shù)腦模型（照片來源：Stratasys Direct Manufacturing）

2016年，3D打印使得27小時手術(shù)（27-hour surgery）這項卓越的手術(shù)成為可能。在3D Systems公司增材制造技術(shù)的幫助下，連體雙胞胎Jadon和Anias McDonald成功地進行了27小時手術(shù)。

雖然尚未實現(xiàn)商業(yè)化，但3D打印在醫(yī)學領(lǐng)域進一步發(fā)展的設(shè)想被認為與3D Systems公司的Figure 4 模塊的應用類似。最近，3D Printing Industry的主編Michael Petch探訪了3D Systems位于科羅拉多州的醫(yī)療技術(shù)工廠，在那里他與公司CEO和高級工作人員進行了交談。

3D Systems公司的Figure 4模塊（攝影：Michael Petch）

正如3D Systems的金屬和醫(yī)療保健總經(jīng)理Kevin P. McAlea在接受Michael Petch采訪時說的那樣，“如果將Figure 4與生物相容性材料結(jié)合，你就可以在本地建立一個手術(shù)計劃單位，例如醫(yī)院。我認為這是一個長期趨勢。”

組織工程v2.0和生物3D打印的骨頭

紐約費恩斯坦醫(yī)學研究所教授Daniel A. Grand將再生醫(yī)學稱為“組織工程V2.0”。 Grant發(fā)表在Nature上的風濕病學綜述解釋了3D生物打印如何將矯形治療提升到下一個等級，特別是通過軟骨的制造。

為了修復骨折，國際上正在研究可進行3D打印的墨水。有些生物墨水是以蠶絲為材料的，而其他一些則結(jié)合了陶瓷。

西北大學3D打印的脊柱（照片來源：Shah et al）

位于伊利諾伊州的西北大學有著具有超彈性質(zhì)的3D打印鈣塑骨。這種骨骼在機械測試中表現(xiàn)出了良好的特性，同時有著很好的生物相容性。

最近的一篇學術(shù)論文《多孔負載生物陶瓷支架的三維打印》中描述了一種3D生物打印技術(shù)和燒結(jié)技術(shù)的組合。文中稱研究人員成功利用3D打印技術(shù)制造出了一種生物陶瓷結(jié)構(gòu)，它可以很好地與皮質(zhì)骨的特性相匹配。

在馬斯特里赫特的3D生物打印會議上，研究人員之一的Tobias Zehnder發(fā)表了主題為“用于骨組織再生的硬基質(zhì)和軟基質(zhì)生物制品”的報告。將Zehnder在埃爾蘭根-紐倫堡大學使用的方法與目前3D生物打印技術(shù)的整體情況做了比較，應該會很有趣。

3D打印的心臟

2016年底，中國國家高技術(shù)研究與發(fā)展計劃（也稱為863計劃）成功地將3D打印的靜脈組織植入活恒河猴體內(nèi)。這是在臨床前試驗的第一步，試驗的最終目標是希望能夠在人體上獲得成功。

猴子體內(nèi)3D打印的血管搏動和血流情況的CT（圖像來源：CCTV +）

馬薩諸塞州東北大學和佐治亞理工學院的研究人員也開發(fā)了自己獨特的3D打印血管的方法。生物科技公司Celprogen甚至發(fā)布的證據(jù)展示了一個微型3D打印的心臟可以在充滿血液時跳動。

然而，事實是血管組織由多種類型的細胞組成，因此組織的重建只有通過材料和方法的組合才有可能實現(xiàn)。

在發(fā)表于Circulation Research2017上的一篇題為《從微型器件到3D打印：3D心血管組織的制造》的文章中，作者Anton V.Borovjagin、Brenda M.Ogle、Joel L.Berry和Jianyi Zhang表示，3D生物制造出一個完整的心臟可能是最合理的方法。作者還概述了合成貼片對于這種復雜器官是遠遠不足的，因此該方法將取代目前還在不斷探索研究的模塊化方法。

由于能夠復制心臟對物質(zhì)的反應，即使沒有動物實驗，哈佛的3D打印心臟芯片模塊和其他芯片實驗室技術(shù)研究的未來也是樂觀的。2016年，當歐萊雅與Organovo簽訂合同，再次提供用于實驗的生物材料時，針對類似目的的商業(yè)驗證也隨之出現(xiàn)。Organovo的CEO認為3D生物打印的市場價值在100億美元。

心臟芯片的生物打印（來源：哈佛John A. Paulson工程與應用科學學院）

劍橋大學的Yan Yan Shery Huang是馬斯特里赫特生物3D打印會議的另一位演講者。她的研究小組“Biointerface”涉及器官芯片技術(shù)和電控的3D生物打印，其研究是劍橋大學英國癌癥研究中心的一部分。3D生物制品和芯片實驗室技術(shù)將如何影像患者的健康還有待進一步的解答。

原始出處：

https://3dprintingindustry.com/news/review-recent-medical-advances-using-3d-printing-3d-bioprinting-102971/

原作者：Beau Jackson

編譯：行肖

來源：3D Printing Industry

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