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腦樣組織的第一次3D列印之路

草根影響力新視野 鍾藝 編譯

用3D列印技術製作人體器官本來已經不是一件新鮮的事情,不過近日,利用3D列印製作的這件人體器官還是引起了科學界的一陣關注和討論——和人類自身腦組織一樣如海綿狀柔軟的3D列印版腦樣組織。在過去,3D列印是實現不了這樣「柔軟」的列印的。

3D列印自問世以來,就成為了醫生的得力助手。3D列印可以讓醫生利用患者自身的細胞為患者「量身定做」器官,這能大大緩解移植器官嚴重短缺的情況。但是,3D列印技術其實有很大的局限性。為了製造這些器官,生物工程師需要用3D列印先做出器官結構支架,然後再往裡填充細胞。到目前為止,只有相對較硬的材料才能進行3D列印。對於身體里的一些軟體器官,比如大腦和肺,都不能通過3D列印獲得。

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倫敦帝國理工學院機械工程系的研究員Zhengchu Tan在最近發表的文章中詳細描述了新的3D列印技術:「以前能印製的生物結構是像骨骼類的硬器官,而現在,我們已經可以利用一種複合凝膠(一種水溶性合成聚合物聚乙烯醇和一種名為Phytagel的果凍狀物質)作為列印材料,製作出類似於大腦和肺部的人體組織。」 Zhengchu Tan在文中也提到了利用軟性材料進行列印的問題:3D列印的過程其實是一層層材料堆砌的過程,材料太軟的話,很容易因為底部支撐力不夠而使得整一個列印出來的物體坍塌。

為了解決這個問題,研究人員必須使用低溫印刷工藝,使前一層被凍結變得牢固穩定之後,再疊加下一層。待最後列印成果出來之後,工程師可以再慢慢融化物體,獲取需要的形狀。

到目前為止,研究人員還只是能夠3D列印出大腦樣組織的小樣本(而不是整個大腦)。高級研究作者,倫敦帝國理工學院生物工程系的研究員Antonio Elia Forte說:「如果你試圖使用標準的商用3D印表機3D列印完整的大腦,這將是非常具有挑戰性的。當列印複雜的結構時,隨著材料性質變得越來越軟,堆砌的壓力越來越大,幾何體崩塌的風險就越大。」 Forte還解釋道,目前研究人員使用的低溫技術是通過三維印刷板來實現的,這種技術其實並不能很好的達成科學家對列印最終效果的預想。

不過,3D列印的這項新技術始終是一個進步。現在我們終於能列印出非常軟的材料,而這是以前沒有實現的。展望未來,研究人員的目標是改進技術,以便能夠列印更大的物體。Forte補充說,生物工程師可能還需要幾十年的時間才能使用3D列印技術來製造諸如大腦或肺部等功能完善的複雜人體器官。儘管如此,目前的技術還是可以用來幫助研究人員對腦部或肺部組織在被損傷情況下的反應進行研究。

 

延伸閱讀:

3D打印—生命的又一源泉

Reference :

 Scientists 3D-Printed Squishy, Brain-Like Tissue for the 1st Time

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