3D打印技术在生物医学领域的应用.pdfVIP

57 中华神经创伤外科电子杂志2015年2月第 1卷第 1期(创刊号) ChinJNeurotraumaSurg(ElectronicEdition),February2015,Vol.1,No.1 · · ·视频导读· 3D 打印技术在生物医学领域的应用 徐弢 3D 打印起源于20 世纪80 年代，近年来发展迅 世界领先水平。 猛，被誉为“第三次工业革命的重要标志之一”。生 第四层次也被称为“细胞打印”或“器官打印”， 物3D 打印是3D 打印的一个分支，目前正在国内外 是现代意义的生物3D 打印，相比较而言前三个层 掀起新一轮研究热潮。本视频对生物3D 打印作一 次可以被称为“快速成型”。细胞打印概念于2000 个简要介绍。 年由美国Clemson 大学的Thomas Boland 教授首先 一、什么是生物3D 打印 提出，并于2003 年首次成功实现。2004 年该团队获 生物3D 打印是基于“增材制造”的原理，以特 得一项细胞打印的专利，并授权给在纳斯达克上市 制生物“打印机”为手段，以加工活性材料包括细 的Organovo 公司，该公司是目前国际上生物3D 打 胞、生长因子、生物材料等为主要内容，以重建人体 印领域的领头羊。由于笔者的博士导师就是 组织和器官为目标的跨学科跨领域的新型再生医 Boland 教授，笔者参与了其中的工作，发表的论文 学工程技术。它代表了目前3D 打印技术的最高水 受到广泛的关注。 平之一。 三、生物3D 打印的临床需求和科学意义 二、生物3D 打印技术的发展历程 在美国，每1.5 小时就有1例病人因为等不到合 从1995 年出现以来，生物3D 打印技术的发展 适的器官移植而死亡，每年有超过800 万例组织修 经历了四个层次。第一层次：打印出的产品不进入 复相关的手术。生物3D 打印技术的目标就是解决 人体，主要包括一些体外使用的医学模型、医疗器 组织、器官短缺的问题。 械，对使用的材料没有生物相容性的要求；第二层 人体是由多种细胞和基质材料按特定方式有 次：使用的材料具有良好的生物相容性但是不能被 机组合而成，具有高度的复杂性。组成人体的细胞 降解，产品植入人体后成为永久性植入物；第三层 有超过250 种以上，仅一个肾脏就包含有20 多种细 次：使用的材料具有良好的生物相容性，而且能被 胞。软骨组织是相对较简单的组织，细胞种类较少 降解。产品植入人体后，可以与人体组织发生相互 且没有血管、神经支配。1994年科学家认为组织工 关系，促进组织的再生；第四层次：使用活细胞、蛋 程技术可以解决器官再造的技术，当时首选的目标 白及其他细胞外基质作为材料，打印出具有生物活 就是制造皮肤或软骨组织，但是至今没有真正的成 性的产品，最终目标是制造出组织、器官。这是生 功。而生物3D 打印技术可能是解决方法之一。 物3D 打印的最高层次。 四、生物3D 打印的实现 在现阶段，第一到第三层次的技术发展已比较 最早我们使用的是喷墨打印技术。喷墨打印 成熟，已经进入到实际应用层面。第一层次的应用 机能够快速地把细小的墨滴精确地打印到相应的 有神经外科及脊柱外科的个性化手术模型、假肢 位置。喷墨打印机的工作原理是：喷头里有加热元 等。第二层次的应用有个体化的永久植入物，如假 件，将墨滴里面的水快速加热到200℃，使水产生气 耳移植物、下颌骨移植物等。2014 年北医三院通过 化，将前面的墨滴喷出去。我们将细胞混悬液灌入