應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大

整個生物3D打印產(chǎn)業(yè)的發(fā)展非常迅速，并且逐漸承擔(dān)起了救死扶傷的使命。各式各樣的生物打印機(jī)逐漸面世，它們提高了醫(yī)學(xué)研究工作者的生產(chǎn)力，為他們賦予能力。

生物打印設(shè)備使得研究人員可以結(jié)合細(xì)胞、凝膠、纖維、聚合物、陶瓷和金屬等材料做出生物支架，從而取代那些受損或者壞死的人體組織和器官。

事實上，生物打印研究領(lǐng)域非常廣泛，目前在全球已經(jīng)應(yīng)用在以下領(lǐng)域：

l 皮膚

l 骨組織

l 血管

l 器官(比如心臟，腎臟，胎盤，卵巢等等)

l 藥物和營養(yǎng)物控釋

皮膚

對大面積燒傷的人來說進(jìn)行植皮手術(shù)所需大面積的皮膚是很困難的，因此醫(yī)學(xué)研究中一直在尋找簡單的方法制造出植皮所需的皮膚。

威克森林大學(xué)再生醫(yī)學(xué)研究院的研究員們正在研究一種用生物打印技術(shù)制造皮膚薄層的方法。制皮之前需要取自傷者身上一塊不大于郵票的皮膚組織，分析這塊皮膚的層數(shù)分布后，這塊組織被放置在經(jīng)過消毒的噴墨盒中，研究員進(jìn)行編程輸入打印機(jī)中，打印機(jī)將會按照程序，參照供體的細(xì)胞，利用一種膠體和特殊材料制作出與舊皮膚組織結(jié)構(gòu)相同的新皮膚組織。

研究人員還希望能夠在任何地方輕松的制造皮膚。比如醫(yī)務(wù)人員可以提著一個便攜式皮膚打印機(jī)到戰(zhàn)場上受傷的士兵身邊，掃描傷口，確認(rèn)所需皮膚層數(shù)，從傷者身上提取細(xì)胞然后打印出一塊不會產(chǎn)生排斥反應(yīng)的皮膚，這樣士兵就能得到及時的治療。

骨組織

英國格拉斯哥大學(xué)從旨在幫助地雷爆炸幸存者的慈善機(jī)構(gòu)那里獲得了280萬英鎊的資助，以開發(fā)一種3D打印骨頭的方法。

該校的3D打印骨頭開發(fā)團(tuán)隊同意在一只狗身上嘗試該技術(shù)。一種骨碎片、BMP-2、聚(丙烯酸乙酯)/PEA(充當(dāng)粘合劑)和狗的骨髓混合物被植入到腿部的裂縫中。七周后，骨頭重新生長出來，這只狗完全康復(fù)，并恢復(fù)了正常生活。

手術(shù)的成功對人類來說是個好消息。雖然離在人類身上測試這種技術(shù)還有幾年的時間，但該技術(shù)能修復(fù)這樣一種復(fù)雜的損傷這一事實為世界上數(shù)百萬的地雷爆炸幸存者帶來了希望。此外，這種 3D打印技術(shù) 還能促進(jìn)人體任何部位上的骨頭生長。

血管

近日，俄勒岡健康與科學(xué)大學(xué)(OHSU)的研究人員開發(fā)出一個工藝，用一臺生物打印機(jī)來在已經(jīng)拔出的牙齒中打印血管，這預(yù)計將對根管治療產(chǎn)生積極影響。

OHSU使用預(yù)血管化的漿狀組織來促進(jìn)牙髓再生，并且能實現(xiàn)一個更好的長期治療。為了證明新方法的效果，研究人員在一顆已經(jīng)拔出的人類牙齒中種植入一種由水凝膠、牙髓細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞組成的物質(zhì)，內(nèi)皮細(xì)胞會形成血管的內(nèi)部。

一移除拔出牙齒的牙髓，團(tuán)隊就將水凝膠物質(zhì)和牙髓細(xì)胞注射在一個纖維模具周圍，纖維模具用于形成微通道血管。基于以前的研究，研究團(tuán)隊用一臺生物打印機(jī)創(chuàng)建了一個瓊脂糖纖維模具。隨后，研究人員取出纖維，并注射入內(nèi)皮細(xì)胞來替代它。七天后，他們發(fā)現(xiàn)血管開始形成。

經(jīng)過這些成功的實驗，研究團(tuán)隊希望開始進(jìn)行體內(nèi)試驗，以確定上述方法在直接應(yīng)用時是否會成功，研究人員相信“這一發(fā)現(xiàn)可能會改變未來根管治療的方式”。實驗結(jié)果證明，制造人造血管是一種高效的策略來完全再生牙齒的功能。

器官

3D生物打印技術(shù)可讓科研人員另辟途徑地制造人體替換器官，雖然將其應(yīng)用于醫(yī)療服務(wù)領(lǐng)域還需很長一段時間，但是科學(xué)家相信隨著3D生物打印技術(shù)以及再生醫(yī)學(xué)的發(fā)展進(jìn)步，將最終實現(xiàn)人體器官的個性化定制。

迄今為止在實驗室培育出來的器官只是含有相當(dāng)簡單的結(jié)構(gòu)。肝臟、心臟和腎臟等固體內(nèi)臟的制造過程更加復(fù)雜。但耶魯大學(xué)一所實驗室已用細(xì)胞替換技術(shù)制造出老鼠肺。它們可在這些嚙齒動物體內(nèi)運作一段時間。

隨著研究人員更多的利用生物打印技術(shù)去解決組織工程問題，相信不久的將來，這些難題都將成為過去。

藥物控釋

倫敦大學(xué)制藥學(xué)院發(fā)表了一篇《3D打印藥片的幾何形狀對于藥物釋放的影響(Effect of Geometry on Drug Release From 3D Printed Tablets)》的論文，詳細(xì)說明了利用3D打印技術(shù)制造一般難以制造的異形藥片的方法。

未來藥劑設(shè)計和制造很可能會從限定劑量的片劑(膠囊或)的大批量生產(chǎn)，轉(zhuǎn)變?yōu)獒槍蝹€病人限定劑量的即時制造。為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，制藥行業(yè)需要評估和接受新的制造技術(shù)，其中一項具有潛在應(yīng)用可能的技術(shù)就是3D打印。

幾何形狀確實在決定藥物釋放曲線中起著主要作用。當(dāng)在3D打印的藥片表面積保持恒定時，藥物釋放速度最快的是金字塔形的藥片，然后是圓環(huán)體、立方體、球體，最后才是圓柱體。這個排序與片劑表面積/體積比率直接相關(guān)，因為圓柱體的這一比值最低，而金字塔狀的則最高。片劑的藥物釋放動力學(xué)顯示其對表面積并非依賴關(guān)系，而是跟表面積與體積的比率直接相關(guān)，換言之幾何形狀對藥物釋放曲線存在影響，而大量形狀類似的片劑表現(xiàn)出來的溶解曲線幾乎沒有差別。

一艘進(jìn)擊的戰(zhàn)艦：Bioplotter生物打印機(jī)

隨著生物打印應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬，“戰(zhàn)場”的不斷擴(kuò)大，也有更多的“戰(zhàn)場利器”出現(xiàn)。小編在上一期中介紹了一款性價比很高的入門級生物打印機(jī)INKREDIBLE+，以更加親民的價格和實用性，可謂是戰(zhàn)場中廣泛使用的主站戰(zhàn)車。而今天要為朋友們講解的Bioplotter來自德國envisionTEC公司，則是進(jìn)擊的戰(zhàn)艦，龐大而又不失優(yōu)雅，功能與性能的權(quán)威直選。

EnvisionTEC 3D-Bioplotter3D生物打印系統(tǒng)自從2000年開始應(yīng)用于各種醫(yī)療用途。到目前為止，使用 Envision 3D 生物打印機(jī)的大部分研究都是處于預(yù)臨床階段，優(yōu)秀的科學(xué)家們發(fā)表了很多成果，這些科學(xué)家來自材料科學(xué)、神經(jīng)成像、毒理學(xué)等領(lǐng)域。

組織工程和可控藥物釋放需要具備定義良好的外部和內(nèi)部結(jié)構(gòu)支架，3D-Bioplotter生物打印機(jī)具備制造這種支架的能力，材料為單一快速成型設(shè)備采用的大范圍的材料種類，從聚合物熔化體上的軟性水凝膠到堅硬的陶瓷或者金屬。能夠覆蓋這么多的材料種類和打印原理，這也是這艘生物打印界的戰(zhàn)艦?zāi)軌蛘紦?jù)一席之地的原因。

3D-Bioplotter生物打印機(jī)的軟件可以輕易地設(shè)計出復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)模式，用以控制力學(xué)性能、增加細(xì)胞粘附能力、以及提供營養(yǎng)介質(zhì)在打印的植入物內(nèi)部連通孔隙流動的性能。

EnvisonTEC擁有獨特的3D生物打印流程：

l 直接使用原材料(粉末，顆粒等)，無需預(yù)先處理的線材。

l 醫(yī)療級別的材料完全可以使用。

l 為無菌生物安全性環(huán)境使用設(shè)計，內(nèi)置無菌和顆粒過濾器處理進(jìn)入的壓縮空氣。

l 材料存儲于無菌材料盒，避免與打印機(jī)的解除，便于清理和消毒。

l 用戶可以創(chuàng)建他們自己的流程參數(shù)。

l 獨特設(shè)計，既可用于高級組織工程研究的工具，也可用于生產(chǎn)制造環(huán)境。

l 可以使用3D-Bioplotter生物打印機(jī)系列的所有硬件和軟件選項。

l 包含加熱平臺和無菌過濾器，可用于細(xì)胞打印和器官打印。

因為集多種打印工藝于一身，可以打印的材料也更加多樣。從陶瓷、金屬漿料的打印到熱塑性塑料線材的擠出，從組織工程支架的打印到細(xì)胞和組織的打印。這臺多功能的“戰(zhàn)艦”可謂是面面俱到。

多個不同種類打印工藝的打印頭集于一體，使得該打印機(jī)成為生物打印界的“加工中心”，能夠在一次加工中實現(xiàn)更多，同時又不失精度。用料的厚實，合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，“德國匠心”的融入，使得這臺打印機(jī)的運行精度和穩(wěn)定性十分可靠，同時可以允許更長的連續(xù)打印時間。從自動噴嘴清洗，到半自動材料標(biāo)定，這些點點滴滴的功能都是為了給使用者一個接近完美的體驗。可以說這臺機(jī)器的價格不夠親民，但它的表現(xiàn)也著實強(qiáng)悍。

作為生物打印界的老牌企業(yè)，EnvisionTec公司也在精雕細(xì)琢，不斷為大家?guī)砀訌?qiáng)大的“戰(zhàn)艦”。正如前文所介紹的應(yīng)用領(lǐng)域，我們可以看出，一種單一的3D打印工藝，已經(jīng)不能讓一臺打印機(jī)涵蓋生物3D打印的所有應(yīng)用領(lǐng)域了。但也相信我們能夠在生物打印這個不斷擴(kuò)大的應(yīng)用領(lǐng)域中，看到更多強(qiáng)大的設(shè)備，今天有了“戰(zhàn)艦”，不遠(yuǎn)的將來或許就有“航母”了呢。