3D打印心臟橫空出世，能用嗎？是否靠譜 ？

人機(jī)共生的電子皮膚來(lái)了？假肢患者有望恢復(fù)觸覺？

1.7克的“大腦觀測(cè)器”，如何助力阿爾茲海默癥治療突破？

這些聽起來(lái)像科幻小說(shuō)的場(chǎng)景，正在大灣區(qū)實(shí)驗(yàn)室里成為現(xiàn)實(shí)！今天讓我們跟一起看看這些醫(yī)學(xué)“黑科技”如何走向我們的生活。

一顆跳動(dòng)的心

從打印機(jī)里誕生？

心臟也能3D打印了？

在深圳清華大學(xué)研究院生物智能制造和活體打印研發(fā)中心，我們就見證了一顆心臟的誕生。 

器官3D打印，是用活性細(xì)胞打印出具有相同結(jié)構(gòu)和功能的器官，那么要成功打印一顆心臟到底需要哪些步驟呢？

首先需要一臺(tái)生物3d打印機(jī)

準(zhǔn)備生物打印用的“墨水”，墨水其實(shí)就是細(xì)胞，打印一個(gè)器官，需要非常多的細(xì)胞。

吸取生物墨水、將生物墨水轉(zhuǎn)入“墨盒”，設(shè)置打印參數(shù)，開始打印，這進(jìn)行的第二次3D打印，最終將打印出器官或者類器官。

神奇的生物墨水

究竟長(zhǎng)什么樣呢？  

別小看這個(gè)像粉絲一樣的結(jié)構(gòu)，它其實(shí)就是細(xì)胞的豪宅，傳統(tǒng)細(xì)胞培養(yǎng)是在培養(yǎng)皿中，細(xì)胞單層貼壁生長(zhǎng)，就像是躺在大通鋪上，生存條件并不好，而“粉絲”里的細(xì)胞，有著和人類體內(nèi)相仿的立體空間結(jié)構(gòu)。

深圳清華大學(xué)研究院生物智能制造研發(fā)中心主任 徐弢

“你看我們?nèi)∑渲械膬蓷l，這一根長(zhǎng)長(zhǎng)的面條有那么10來(lái)億的數(shù)量，這個(gè)就像我們的骨髓腔里面的骨髓線一樣的，一條條骨髓線，它是形成一個(gè)家族式的生長(zhǎng)，這就是我們的干細(xì)胞的應(yīng)該待的環(huán)境。在這個(gè)環(huán)境下，給細(xì)胞就提供了一個(gè)五星級(jí)的家?！?/span>

活細(xì)胞+特殊營(yíng)養(yǎng)因子+特殊生物材料=生物墨水

      器官打印難度排行榜

全球范圍內(nèi)的器官短缺問(wèn)題一直存在，如今，生物3D打印技術(shù)已在小型器官模型的構(gòu)建中取得了一定進(jìn)展。 那器官打印的難易程度到底是怎樣的呢？讓我們來(lái)做個(gè)排序吧。

3D打印類器官

精準(zhǔn)篩選抗癌藥

數(shù)據(jù)顯示，中國(guó) 2022 年癌癥新增病例約 480 萬(wàn)（占全球總數(shù)的 24%），癌癥死亡病例約 260 萬(wàn)（占全球總數(shù)的 26.7%），兩數(shù)據(jù)均位列第一，中國(guó)成為癌癥負(fù)擔(dān)最重的國(guó)家之一。而在世界范圍內(nèi)，肺癌再次成為全球第一大癌，乳腺癌則是女性新發(fā)和死亡最常見的癌癥。

癌癥是一類極為復(fù)雜的疾病，針對(duì)不同類型的癌癥，生物3D打印技術(shù)可以將癌癥細(xì)胞打印，做成腫瘤類器官，用于臨床上病人個(gè)性化藥物篩選，最終找到最合適的癌癥藥物， 對(duì)于試驗(yàn)動(dòng)輒百萬(wàn)的免疫藥也降低了篩藥成本。

深圳清華大學(xué)研究院生物智能制造研發(fā)中心主任 徐弢

“比如說(shuō)免疫藥本來(lái)就是非常昂貴，動(dòng)輒幾十萬(wàn)上百萬(wàn)的都有，但是這種藥到底有沒有用？用我們這個(gè)模型完全就可以解決這個(gè)問(wèn)題，把那種昂貴的靶向藥拿到給我們，初步篩一下，發(fā)現(xiàn)它能結(jié)合就趕緊用，沒結(jié)合那就不要用，那就可能換一種藥?！?/span>

“這個(gè)是針對(duì)腫瘤類器官的特質(zhì)的，我們團(tuán)隊(duì)獨(dú)立開發(fā)的，也是世界上首臺(tái)類器官的高通量生產(chǎn)的打印機(jī)?！?/span>

電子皮膚

能讓假肢擁有觸覺？

最近人形機(jī)器人大熱，未來(lái)機(jī)器人能夠和人類一樣擁有感知世界的能力嗎？

佩戴假肢的人也可以慢慢恢復(fù)知覺嗎？

今天我們來(lái)到了南方科技大學(xué)，這里有一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)出了一款神奇的電子皮膚。

電子皮膚

是一類柔性傳感器，具有類似人體皮膚一樣柔性、輕薄的形態(tài)，能夠和周圍環(huán)境進(jìn)行交互。如何和設(shè)備面很好地貼合、包覆，這就對(duì)材料提出了很高的要求。

按壓電子皮膚，電子屏幕上便即刻顯示出相應(yīng)的壓力感應(yīng)示意圖

南方科技大學(xué)材料科學(xué)與工程系教授 郭傳飛

“在材料方面，我們表面的封裝材料它要柔軟，我們甚至最近開發(fā)了一種封裝材料，它可以耐穿刺，你拿針或者拿刀去戳它是不太容易戳破的。”

材料靈敏了，很多時(shí)候意味著傳感器測(cè)量的壓力就不能過(guò)大，科研人員通過(guò)材料創(chuàng)新兼顧了二者的平衡。

汽車輪胎測(cè)試

精細(xì)程度測(cè)試

南方科技大學(xué)材料科學(xué)與工程系教授 郭傳飛

“我們電子皮膚它既能檢測(cè)到非常小的一個(gè)力，比如毫克，又往上能測(cè)很大的壓力，比如說(shuō)10個(gè)大氣壓，所以它既能干精細(xì)活又能干粗活。”

目前，殘障人士可以通過(guò)肌電信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)假肢的控制，但假肢卻不具備觸覺的傳感功能。目前團(tuán)隊(duì)正在研究的，就是如何讓假肢在擁有觸覺的同時(shí)，將交互產(chǎn)生的信號(hào)傳輸給大腦。一旦實(shí)現(xiàn)了這一功能，假肢便能夠?yàn)槭褂谜咛峁└鎸?shí)的使用感受。

南方科技大學(xué)材料科學(xué)與工程系教授 郭傳飛

“電子皮膚能夠刺激人的皮膚，比如一個(gè)殘疾人他可能沒有手了，但是其他的皮膚還是好的，我去用電刺激另外一個(gè)地方，讓他感覺到這里有震動(dòng)或者是有其他的一些刺激，那么他經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的訓(xùn)練之后，就能感覺這是我這個(gè)手在摸到了某些東西或者是跟外界進(jìn)行交互?！?/span>

記者

“等于說(shuō)我用電流刺激就可以讓所剩無(wú)幾的觸感，被喚醒，好像有點(diǎn)助聽器的感覺?！?/span>

“大腦觀測(cè)器”

非侵入式腦機(jī)接口

破解腦部疾病的密碼

這些頭頂裝置和天線的老鼠們可不是在玩游戲，它們有著重要的任務(wù)，在深圳先進(jìn)院，科學(xué)家們創(chuàng)造出了一款僅重1.7克可穿戴的腦機(jī)接口新工具。

它可以觀測(cè)到自由活動(dòng)下小鼠神經(jīng)元活動(dòng)和血氧代謝的活動(dòng)。

這是世界上第一臺(tái)能夠在自由活動(dòng)的動(dòng)物上面，以單個(gè)細(xì)胞的分辨率，觀察神經(jīng)元放電和血流血氧變化的設(shè)備。

  深圳先進(jìn)院醫(yī)學(xué)成像全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員 劉成波

“利用這個(gè)工具我們就可以研究腦卒中是什么時(shí)候發(fā)生的，有哪些方法能對(duì)卒中進(jìn)行有效的干預(yù)，這個(gè)工具在一些重要的腦疾病里面有了它獨(dú)特的應(yīng)用價(jià)值。通過(guò)神經(jīng)血管耦聯(lián)，特別是通過(guò)一些前期的成像結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)血管的異常，可以盡早進(jìn)行干預(yù)，防止癲癇的發(fā)作。”

深圳先進(jìn)院醫(yī)學(xué)成像全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室助理研究員 陳寧波

“在小鼠癲癇發(fā)作過(guò)程中的癲癇波的傳輸過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)，在整個(gè)的癲癇爆發(fā)之前大概幾十秒的時(shí)間，我們可以觀測(cè)到部分的血管它有一個(gè)擴(kuò)張，而且血氧有一個(gè)非常明顯的消耗。”

科研團(tuán)隊(duì)表示，現(xiàn)階段對(duì)于研究神經(jīng)血管的耦聯(lián)關(guān)系，通過(guò)血管活動(dòng)反推神經(jīng)活動(dòng)可以大幅提高未來(lái)的醫(yī)學(xué)診斷速率。

深圳先進(jìn)院醫(yī)學(xué)成像全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員 劉成波

“在神經(jīng)退行性疾病里面，包括阿爾茲海默病、帕金森病，有一部分病人產(chǎn)生這些疾病的原因，是因?yàn)樗纳窠?jīng)血管耦合的功能出現(xiàn)了退化，特別是老年人，往往他們發(fā)病是因?yàn)樯窠?jīng)血管耦聯(lián)的功能出現(xiàn)了異常，導(dǎo)致神經(jīng)不能夠去調(diào)控血管，從而導(dǎo)致神經(jīng)的一些代謝廢物無(wú)法通過(guò)血管的通道排出體外，這樣就造成這些廢物在腦袋里面不斷的累積，經(jīng)過(guò)多年之后，這些廢物就會(huì)對(duì)我們大腦造成一個(gè)難以逆轉(zhuǎn)的損害。所以通過(guò)所謂的神經(jīng)血管耦聯(lián)，可以加速大腦里面代謝廢物的清除，當(dāng)然這個(gè)過(guò)程實(shí)際上還涉及到進(jìn)一步的血管跟一些類淋巴系統(tǒng)的一些關(guān)聯(lián)?！?/span>

科研人員告訴我們，這款雙模態(tài)成像探頭的分辨率達(dá)到1.5微米精度。

深圳先進(jìn)院醫(yī)學(xué)成像全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副研究員 徐智強(qiáng) 

“我們成像技術(shù)具有非常高的空間分辨率，可以實(shí)現(xiàn)1.5微米分辨率，這是什么概念？它可以看清單個(gè)神經(jīng)元細(xì)胞，同時(shí)它也能看清大腦里面最細(xì)的微血管，比如說(shuō)毛細(xì)血管?！?/span>

而作為腦機(jī)接口新工具，這款非侵入設(shè)備的精度并不亞于侵入式腦機(jī)接口設(shè)備。

侵入式

非侵入式

深圳先進(jìn)院醫(yī)學(xué)成像全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員 劉成波

“我們看神經(jīng)利用的是共聚焦熒光成像，這個(gè)時(shí)候要對(duì)神經(jīng)元進(jìn)行蛋白的標(biāo)記。我們看血管利用的是光聲成像，這個(gè)時(shí)候我們直接利用的就是血紅蛋白，但是目前遺憾的是在人體層面受限于人體倫理，目前還只能對(duì)大腦的血管血流進(jìn)行觀測(cè)，還無(wú)法對(duì)神經(jīng)活動(dòng)進(jìn)行直接觀測(cè)。所以在人體層面，我們恰恰是利用了神經(jīng)血管耦聯(lián)的這種關(guān)系，通過(guò)觀察到的血流血氧的這些信號(hào)來(lái)反推神經(jīng)的活動(dòng)信息?！?/span>