3D打印新應(yīng)用：修復(fù)身體
3D技術(shù)的隆重登場(chǎng)，或?qū)獒t(yī)學(xué)界的研究人員帶來(lái)新的材料和技術(shù)手段，未來(lái)我們手術(shù)室也將變得不像手術(shù)室，用“打印工作室來(lái)”來(lái)說(shuō)明更為貼切。
依靠打印技術(shù)來(lái)救治病人，聽起來(lái)似乎有點(diǎn)不靠譜，但最近蘇格蘭Heriot-Watt 大學(xué)一個(gè)研究小組將它變成了現(xiàn)實(shí)。
研究人員使用裝載著控制閥的細(xì)胞打印機(jī)制造出利于干細(xì)胞培養(yǎng)的材料，簡(jiǎn)單而言，就是制造了一個(gè)全新的干細(xì)胞“營(yíng)養(yǎng)房”，從人體中提取的干細(xì)胞在這種特殊材料中繁殖的速度會(huì)優(yōu)于傳統(tǒng)的培養(yǎng)方法。
從理論上來(lái)看，如果這些細(xì)胞的繁殖速度足夠快的話，充足的干細(xì)胞還可轉(zhuǎn)變?yōu)槿梭w內(nèi)各種不同類型肌肉組織或者內(nèi)臟器官，能夠?yàn)楸姸嗫嗫嗟却璜I(xiàn)器官的病患者解決眉燃之急。
有觀點(diǎn)認(rèn)為，有了3D打印技術(shù)，未來(lái)科學(xué)家們?cè)僖膊恍枰趧?dòng)物身上培養(yǎng)各種干細(xì)胞，也不需要為器官短缺的問(wèn)題再感到無(wú)計(jì)可施了。事實(shí)上，近年醫(yī)學(xué)界在3D打印技術(shù)上的各種應(yīng)用已取得不錯(cuò)的成績(jī)，以下就為大家介紹幾款“領(lǐng)先應(yīng)用”，3D打印技術(shù)的威力有多大，不妨來(lái)先來(lái)圍觀一下。
治療人體老化脊椎
美國(guó)康奈爾大學(xué)的科學(xué)家研究小組在利用3D打印技術(shù)造出人造耳朵之后，這支由 Lawrence J. Bonassar 博士領(lǐng)導(dǎo)的研究小組最近又帶來(lái)一則喜訊：3D 打印技術(shù)將可以助你修復(fù)退化的脊椎間盤，美國(guó)30萬(wàn)脊椎病人將會(huì)受惠于這項(xiàng)技術(shù)。
據(jù)Bonassar博士介紹，這項(xiàng)治療人體脊椎的3D手術(shù)，需要配備一臺(tái)3D打印機(jī)頭和掃描儀，打印機(jī)將在病人脊椎間盤特定位置精準(zhǔn)打印出“字符串”般的干細(xì)胞，干細(xì)胞就會(huì)按照預(yù)先設(shè)定的“生物編程”自行分裂生長(zhǎng)，依靠干細(xì)胞的自我填充能力將幫助病人形成全新的脊椎間盤組織，數(shù)周后患者就可以重新“板直腰骨”走路了。
事實(shí)上，這項(xiàng)技術(shù)設(shè)想離我們并不遙遠(yuǎn)。該技術(shù)早已經(jīng)在 100 多只老鼠身上實(shí)驗(yàn)成功。Bonassar 博士表示，即使在如脊髓病變這種極端的例子，3D打印技術(shù)也有辦法解決，將會(huì)根據(jù)不同病人的需要?jiǎng)?chuàng)造出全新的脊椎間盤。相對(duì)而言，雖然替換脊椎比修復(fù)脊椎對(duì)人體更具有侵入性，但無(wú)論如何，這兩種方法對(duì)脊椎病人來(lái)說(shuō)都要優(yōu)與以往定型手術(shù)。
Bonasser博士同時(shí)指出，從早前FDA沒有通過(guò)3D打印人頭骨蓋的技術(shù)申請(qǐng)可以估計(jì)到，這項(xiàng)技術(shù)有可能觸犯美國(guó)食品和藥物管理局的規(guī)定，他希望憑借這項(xiàng)研究能夠幫助更多有需要的患者。
耳朵移植更方便
每個(gè)人的耳朵都不盡相同，移植一直并不比頭骨移植容易得多，往往需要更長(zhǎng)的時(shí)間準(zhǔn)備材料，這一直是眾多外科醫(yī)生頭痛的問(wèn)題之一。
上文提到，這款3D打印耳朵也是Lawrence J. Bonassar博士領(lǐng)導(dǎo)的研究小組的研究成果，無(wú)論是時(shí)間上還是材料定型上，他們利用3D打印技術(shù)制造的人造耳朵都較以往有了突破。
據(jù)介紹，在打印這些耳模時(shí)，需要借助一種可以注入膠原蛋白和活細(xì)胞的凝膠，三個(gè)月之后，更換軟骨膠原后的耳膜和傳統(tǒng)人造耳朵甚至人耳幾乎沒差別，“3D技術(shù)使得換耳手術(shù)變得更為方便和簡(jiǎn)單了。” Bonassar博士評(píng)論道。
打印腎臟和動(dòng)脈網(wǎng)絡(luò)并不遙遠(yuǎn)
早在2011年，外科醫(yī)生安東尼·阿塔拉在TED演講會(huì)上就概述了未來(lái)我們可以通過(guò)三維技術(shù)打印出腎臟以及其他內(nèi)臟器官的暢想，盡管這項(xiàng)技術(shù)仍在進(jìn)一步完善中，也有很多質(zhì)疑的聲音，但目前醫(yī)學(xué)界的學(xué)者們對(duì)此一直報(bào)以很高的期待。
據(jù)安東尼·阿塔拉介紹，這項(xiàng)技術(shù)需要通過(guò)X射線掃描病人身體數(shù)據(jù)，然后把數(shù)據(jù)上傳到打印機(jī)，大約需要7個(gè)小時(shí)就可以打印一個(gè)人造的腎臟，解決器官資源短缺的問(wèn)題指日可待。
他表示，再生醫(yī)學(xué)的難題在過(guò)去二年來(lái)未能完全解決，皆因?yàn)樵偕牧系倪x擇和干細(xì)胞體外培養(yǎng)問(wèn)題沒有還找到完美的辦法，3D打印技術(shù)在這兩個(gè)問(wèn)題上將會(huì)帶來(lái)一些突破，我們對(duì)它的期望很高。阿塔拉目前在致力于開發(fā)30多種不同的可打印器官組織，如何讓這款3D打印的腎臟更能適配人體環(huán)境是他的重要課題之一。
眾所周知，再生醫(yī)學(xué)也不是什么新概念，大半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，醫(yī)學(xué)界的精英們一直在積極把各種可再生材料搬上臨床應(yīng)用，以幫助人類解決器官資源短缺的問(wèn)題，如在動(dòng)物身上培養(yǎng)干細(xì)胞等等。體外培養(yǎng)干細(xì)胞和血管網(wǎng)絡(luò)建造也是醫(yī)學(xué)界數(shù)十年來(lái)醫(yī)學(xué)成果，其中攻克動(dòng)脈血管的建造至今仍是醫(yī)學(xué)家們著力解決的難題之一。
2012年麻省理工學(xué)院巴蒂亞教授的研究團(tuán)隊(duì)率先成功通過(guò)3D打印機(jī)打印了一個(gè)基礎(chǔ)動(dòng)脈網(wǎng)絡(luò)，據(jù)介紹，這項(xiàng)打印技術(shù)的關(guān)鍵是對(duì)血管中空結(jié)構(gòu)的處理。
巴蒂亞教授和她的團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)一個(gè)“簡(jiǎn)單”的解決方案，先構(gòu)建一個(gè)堅(jiān)實(shí)的外層結(jié)構(gòu)，但中心層由可溶解物質(zhì)如蔗糖、葡萄糖等混合物填充，以此解決空心結(jié)構(gòu)的問(wèn)題。這款打印出來(lái)動(dòng)脈血管可以正常接收來(lái)氧氣和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，目前這些3D動(dòng)脈血管已在巴蒂亞教授的指導(dǎo)下進(jìn)行臨床實(shí)驗(yàn)。
值得注意的是，以上“打印器官、打印動(dòng)脈”這些概念得以實(shí)現(xiàn)，少不了一款神奇的“生物墨水，這些年來(lái)，愛荷華州立大學(xué)的Ozbolat教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組努力研究的就是這種神奇的“墨水”，他表示，這些一對(duì)一的器官生物墨水對(duì)人類所需要的再生材料的形成有至關(guān)重要的作用。
目前，Ozbolat教授的團(tuán)隊(duì)正致力于研究一個(gè)對(duì)葡萄糖敏感的胰腺打印器官。“這類器官既可以在實(shí)驗(yàn)室繼續(xù)生長(zhǎng)，又可以適應(yīng)體內(nèi)環(huán)境并幫助調(diào)節(jié)血液的葡萄糖濃度，對(duì)糖尿病患者有很大的幫助。”
艾瑪們的魔法武器
當(dāng)然了，不是所有的3D技術(shù)都要用到很驚人的科學(xué)元素。艾瑪今年5歲，但從出生開始就不幸患上關(guān)節(jié)攣縮疾病，需借助假肢的力量才可以移動(dòng)身體。
艾瑪年輕的身體長(zhǎng)得快，頻繁更換假肢讓她的父母里感到吃力，事實(shí)上，艾瑪?shù)募僦?jīng)常也被摔壞。最近她的醫(yī)生為她配備一副全新的神奇的“3D打印武器”，可伸縮的流動(dòng)性裝置讓艾瑪從此擺脫了生硬假肢的束縛，也無(wú)需要頻繁更換假肢了。
為艾瑪提供魔法武器的Stratasys公司，也率先將3D技術(shù)引入牙科治療，為病人提供更快更精準(zhǔn)的牙齒治療。鑲嵌假牙的傳統(tǒng)方法首先用凝膠填滿病人的口腔，為了取得精準(zhǔn)的牙模。這個(gè)過(guò)程常常讓病人感到難受和痛苦。有了3D打印掃描技術(shù)，醫(yī)生只需要對(duì)病人的口腔簡(jiǎn)單掃描就可獲得病人口腔所有的數(shù)據(jù)，既方便又準(zhǔn)確。
Stratasys公司負(fù)責(zé)人表示，按照傳統(tǒng)的方法，牙模從實(shí)驗(yàn)室出來(lái)到你的手上至少需要一周的時(shí)間，借助3D技術(shù)，未來(lái)病人可能第二天就能拿到牙模，甚至有可能是掃描之后的1小時(shí)內(nèi)。專家指出，這項(xiàng)技術(shù)操作很方便簡(jiǎn)易，普及到小社區(qū)的醫(yī)院將會(huì)讓更多居民受益。
3D技術(shù)的隆重登場(chǎng)，或?qū)獒t(yī)學(xué)界的研究人員帶來(lái)新的材料和技術(shù)手段，未來(lái)我們手術(shù)室也將變得不像手術(shù)室，用“打印工作室來(lái)”來(lái)說(shuō)明更為貼切?，F(xiàn)實(shí)和理想之間有多遠(yuǎn)，3D技術(shù)到底能多大程度造福人類。我們耐心等等看吧。
下載文檔
