揭秘3D列印技術如何改善人類健康？

本文中，小編整理了近年來相關的研究報道，共同解讀科學家如何利用3D列印技術來改善人類健康！

【1】3D列印卵巢具有生育能力

想一想3D列印的皮膚、耳朵、骨支架和心臟瓣膜，3D列印的愛好者會說，這種技術有產生醫學革命的潛質。如今，由凝膠製成的人工卵巢能夠使老鼠受孕併產下健康的後代。研究人員表示，這種工程化的卵巢總有一天能夠幫助因放療或化療導致不育的癌症倖存者恢復生育能力。

並未參與該項研究的美國比佛頓市俄勒岡國家靈長類動物研究中心生殖科學家Mary Zelinski表示，這項「具有里程碑意義的研究成果」是「關於生殖系統組織的生物工程應用的一個重要進展」。

在這項研究中，科學家使用了一個具有發射凝膠噴嘴的3D印表機，而其所使用的凝膠來源於動物卵巢中天然存在的膠原蛋白。研究人員通過在載玻片上列印各種重疊的凝膠纖維圖案來構建卵巢，這就像用林肯積木造房子一樣，只不過是在一個更小的規模上——每一個腳手架據測量只有15毫米×15毫米大小。

【2】Circulation Res：重磅！3D列印補丁或有望修復心臟病患者受損的心臟

DOI：10.1161/CIRCRESAHA.116.310277

近日，發表在國際雜誌Circulation Research上的一篇研究報告中，來自明尼蘇達大學等機構的研究人員通過研究開發出了一種具有革命性的3D生物列印補丁，其能夠幫助修復心臟病發作後患者的出現疤痕的心臟組織，該研究對於後效治療心臟病發作患者機體的組織損傷非常關鍵。

據美國心臟協會數據顯示，心臟病是引發美國人死亡的頭號兇手，其每年會引發超過36萬人死亡；在心臟病發作期間，患者機體的血流往往不會泵入到心臟肌肉中，從而就會引發心臟細胞死亡；我們的機體無法替換掉這些心肌細胞，因此機體的心臟中就會形成疤痕組織，從而就會使得患者處於心臟功能受損以及未來暴發心力衰竭的風險之中。

這項研究中，研究人員利用基於激光的3D生物列印技術將衍生自成體心臟細胞的幹細胞摻入到了一種特殊支架中，這種幹細胞就能夠在特殊支架生長，並且在實驗室的培養皿中還可以實現同步跳動。當將細胞補丁置於模仿心臟病發作的小鼠模型機體中時，研究者發現在接下來四周時間裡小鼠機體的心臟功能發生了明顯的增加，由於這種補丁是由心臟中土生土長的結構蛋白和細胞組成，其會轉變成為心臟中的一部分並且被機體所吸收，這樣就可以讓患者免於手術了。

【3】3D列印器官，離我們還有多遠？

擁有了3D生物印表機，就如同換掉機器上的老舊零件，我們將無需為尋找稀缺的捐獻器官而擔心；實現了人工智慧，機器能夠勝任一些通常需要人類智能才能完成的複雜工作，面對可能存在的威脅與挑戰，人類的發展或許又將迎來新的紀元；建立了量子通信網路，基於量子信息傳輸的高效和絕對安全性，更多的將享受到新一代通信技術可能帶來的新變化……

隨著科技的發展，很多以前只能天馬行空般出現在科幻小說和電影中的場景，已不再是天方夜譚。今日起每兩周，本刊將向您展示最新的、讓人腦洞大開的前沿科技，探討先鋒科技的產業生態以及各類最炫酷的創新產品。

試想一下，你身上的某個器官或者組織出現了狀況，你正擔心能否找到稀缺的捐獻器官。這時候，醫院用3D生物印表機列印出一個全新的器官移植到你體內，就像換掉一個機器上的老舊零件一樣簡單……藉助於科技的發展，這個以前只能出現在科幻小說和電影中的場景，已經不是天方夜譚。

【4】Lab on a Chip：科學家利用3D列印技術成功製造出人工血管

doi：10.1039/C4LC00030G

血管在我們機體中迂迴曲折，其承擔著運輸必要營養物質排出有毒廢物的機能，為我們機體器官的正常工作保駕護航，長期以來開發新型人工血管一直是個難題，近日，來自布萊根婦女醫院的科學家通過利用3D列印技術成功地構建出了人工血管，相關研究成果刊登於國際雜誌Lab on a Chip上。

生物工程學家Ali Khademhosseini博士表示，近年來我們在製造複雜的人工組織，比如人工心臟、肝臟以及肺臟等上取得了難以置信的成績，然而開發出人工血管依然是組織工程領域的一項關鍵挑戰；研究者們嘗試著通過結合3D列印技術開發特殊的血管水凝膠結構來進行深入研究。

這項研究中，研究者首先利用3D生物印表機開發出了一種瓊脂糖纖維模板來作為人工血管的模板，隨後用水凝膠覆蓋模板，形成一種鑄造模具，最後通過交聯技術來進行加固；利用這種新型技術研究人員已經成功構建出了可以表現出建築學特性的微通道網路，隨後就可以用水凝膠來填滿微通道，比如甲基丙烯酸酯明膠或者基於不同濃度水凝膠類的多聚物。

【5】美國西北大學開發出3D列印可定制血管支架

近日，來自美國西北大學的兩位科學家Guillermo Ameer和孫成共同合作，使用3D列印技術開發出了能夠根據患者身體情況進行定製的可生物降解彈性支架。

「當下絕大多數的支架都是用金屬支撐的，只有現成的幾種尺寸可供選擇。」Ameer說，他是美國西北大學McCormick工程學院的生物工程教授兼Feinberg醫學院外科教授。「醫生們只能去猜哪種支架的尺寸正好適合保持血管開放。但是我們每個人都是不同的，最終的效果完全依賴於每個醫生的經驗，所以這不是最佳的解決方案。」

據了解，如果支架不合適的話，就有可能會在動脈中移動，干擾血液流動，這有可能最終導致植入失敗。在這些情況下，醫生就必須以某種方式重新打開阻塞的支架或進行旁路血管移植術。這是一個昂貴和高風險的過程。「通過3D列印具有能夠滿足患者血管對於精確幾何形狀和生物特性的要求的支架，我們預計可以最大限度地減少這些併發症的概率。」

【6】PNAS：利用幹細胞定製具有抗炎作用的3D列印軟骨

為了不用手術就可以治療磨損發炎的髖關節，科學家們在類似髖關節股骨頭的3D支架上誘導幹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炎複發。

該工作由華盛頓大學醫學院的研究人員完成，發表在國際學術期刊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的準確形狀進行定製，再利用病人皮膚下脂肪組織中的幹細胞誘導形成軟骨，將其覆蓋在3D支架上從而獲得新的關節軟骨。隨後將新軟骨植入發炎髖關節表面，用活組織重新覆蓋髖關節，從而消除關節炎疼痛，延緩甚至消除一些病人對關節替換手術的需要。

除此之外，研究人員還藉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炎複發。「在有炎症的時候，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部位的炎症，這樣我們就可以在任意時候停止給葯來關閉基因的表達。」研究人員這樣說道。

【7】3D列印「迷你大腦」 解密寨卡病毒

寨卡，一種通過蚊蟲進行傳播，癥狀與登革熱相似的病毒，目前已經在美洲、非洲及亞洲等32個國家和地區大規模傳播。

2015年春天，巴西確診第一例寨卡病毒感染，之後病毒開始在南美洲快速蔓延暴發，自此，寨卡病毒再次進入人類視野。儘管目前尚未發現寨卡病毒對一般成人有致命危害，但是孕婦一旦感染，部分新生兒將會在出生20小時內死於小頭畸形。

目前世界上仍未研發出能夠有效對抗寨卡病毒的疫苗，這是最讓研究人員感到擔心的事情，因此今年2月1日世界衛生組織將寨卡病毒列為國際醫療緊急事件之一。到目前為止，感染最嚴重的巴西感染人數約為150萬人，其中已有3500例新生兒小頭症病例，而一些新生兒因為小頭畸形問題嚴重而死亡。

但是最近，寨卡病毒的研究有了突破性的進展。4月22日，在美國工作的多名華人科學家在新一期美國《細胞》雜誌上宣布，他們藉助3D列印「造屋」技術，培育出了一種低價的「迷你大腦」，可用於研究寨卡病毒如何引起新生兒小頭症和其他出生缺陷。

【8】Biomaterials：3D列印腦組織 可研究腦疾病

doi：10.1016/j.biomaterials.2015.07.022

大腦是一個極其複雜的機體結構，其擁有大約86億的神經細胞，目前研究者所面臨的挑戰就是創建一種台式腦組織，這樣研究者就可以對大腦的結構進行精細化研究了。近日一篇發表在國際雜誌Biomaterials上的一項研究報告中，來自國外的研究人員通過模擬腦組織的結構開發出了一種摻入神經細胞的新型3D列印層狀結構。

台式腦組織的價值非常巨大，許多醫藥公司都花費了數百萬美元來檢測治療性藥物對動物模型的反應，目的就是在臨床試驗中來證實新型藥物的多種作用，但他們並不確定人類的大腦和動物大腦到底差異性有多大。可以精確反應真實大腦組織的台式腦組織或許不僅可以幫助研究藥物效應，而且還能幫助研究大腦障礙的發病機制，比如精神分裂症或神經變性的腦部疾病等。

研究者Gordon Wallace說道，我們在開發台式腦組織上的努力對於深入探究腦組織功能，同時開發新型藥物實驗性檢測手段非常重要；我們距離列印大腦的目的還很遠，但使得重排細胞的能力或可形成神經網路；為了製造產生6層腦組織結構，研究人員開發出了含有天然碳水化合物材料的生物墨水，這種材料具有特殊性，即可以使得細胞在結構組織上精確地分散，並且為細胞生長提供保護性屏障。

【9】日本研究使用3D列印技術生產血管等複雜組織

目前，在再生醫療領域，日本多家科研機構在研究使用3D列印技術生產血管等複雜組織。佐賀大學將iPS細胞（人體誘導多功能幹細胞）培育出的細胞群列印成管狀結構，製成血管。京都大學利用3D列印技術製成包裹著神經的筒狀組織，並將其移植到實驗鼠身上，實現了神經的再生。日本政府預計到2020年前後，ips細胞將可用於治療心臟病等疾病，正在加緊掌握與人體組織形狀相近的人造立體組織移植技術。

ips細胞不僅被用於治療眼部的疑難病症，未來還可能被用於治療心力衰竭和脊髓損傷。在培育用於移植治療的長血管和立體內臟時，管狀和袋狀的組織結構常需要使用很多細胞。研究團隊認為，既然3D列印技術的原理是層層疊加樹脂材料列印成立體作品，如果用細胞代替樹脂，也可以列印出立體的組織。

佐賀大學教授森田茂樹的研究團隊將人類ips細胞培養出可發育成血管的細胞群，並在多排細針組成陣列的微型基座上層層串起細胞，最後列印出長2厘米，直徑5毫米的管狀結構。

【10】世界上首例3D列印藥物問世

原文報道：The world s first 3D-printed drug has just been unveiled

毫無疑問，3D列印技術正在改變整個世界。從工業生產到設計，醫藥以及電力，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製藥公司剛剛發布的一項聲明也不會感到意外。根據《Science News Journal》的報道，Aprecia葯業成為首個利用3D列印技術生產藥物的企業，它們首次通過這一方法生產的藥物叫做"Spritam"，主要用於治療羊癲瘋。

目前，該藥物不僅被成功列印出來，而且得到了FDA的批准，目前該藥物已經在美國上市。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！