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醫(yī)學革命——3D打印器官的潛力

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打印器官何時上市？

如視頻所提及，當談到3D打印器官時，我們?nèi)祟愡€沒有到可以將3D打印的心臟植入身體的階段。在本文中，我們將深入探討這個主題，并對以下的內(nèi)容提出看法。生物打印的主要目標是通過開發(fā)打印活體器官和其他身體部位的可能性來解決器官供體危機。對于未來的患者來說，這意味著他們的器官移植等待時間更短，同時也意味著根據(jù)他們獨特的遺傳和生理特征定制器官，以降低排斥反應(yīng)的風險。但人體以及打印器官是一個復雜的話題，在未來的幾年和幾十年里，將繼續(xù)需要大量的研究。

由于我們身體的復雜性，我們無法完全準確地估計人類和植入3D打印器官有多接近。但是3D生物打印技術(shù)不斷在進步，使用這些技術(shù)的研究人員正逐步靠近實現(xiàn)這一夢想。

2022年6月，3D Bio Therapeutics在一項臨床試驗中使用患者自己的細胞打印并植入了一只耳朵。令人鼓舞的是，3D生物打印技術(shù)已經(jīng)被用于打印可植入組織。

在2022年接受BBC Click采訪時，我們自己的CSO Itedale Namro Redwan被問及距離3D打印器官植入物還有多遠：“我認為在15到20年后，我們可能會在臨床試驗中看到這一點。很快就會看到更簡單的器官。但如果我們談?wù)摰氖峭暾膬?nèi)臟器官，這需要一些時間。”簡而言之，該領(lǐng)域正以預期的速度朝著正確的方向發(fā)展。隨著關(guān)鍵的進步和突破，印刷器官的功能可能比我們想象的更快。需要注意的是，打印一種類型的器官（比如肝臟）并不意味著我們可以立即打印另一種類型（比如心臟）。每個器官都有其自身的復雜性。但一旦第一個器官被成功打印并植入，我們將更接近于打印第二個器官。

PART TWO

如何打印器官？

– 輕松了解 – 打印器官?–

如本文導言所述，植入打印器官的能力將縮短器官移植的等待時間，并降低器官排斥的風險。在本文中，3D打印器官是以三維幾何圖形打印的活細胞集合，以復制我們體內(nèi)器官的功能。

由于在進行臨床試驗之前仍有許多挑戰(zhàn)需要克服，我們無法給確切答案。當完全可以打印內(nèi)臟器官時，我們可以假設(shè)將使用現(xiàn)代、先進和新技術(shù)的組合。

下面，您將看到一個用于植入的器官的打印過程的簡化三步描述。無論每個步驟中的細節(jié)如何，該描述都可能是準確的。我們希望能為您詳細解釋每一步，這也是世界各地的研究人員正在努力解決的問題！

步驟1：開發(fā)3D模型

您需要一個模型來3D打印任何特定內(nèi)容。通用常用模型可能很好，但通過成像技術(shù)（如MRI和CTI掃描）和高級軟件，可以創(chuàng)建適合患者的特定3D模型。

通過個性化3D模型和最終完成的打印器官，成功植入的機會增加。

步驟2：采集患者的細胞并選擇生物材料

為了進一步降低器官排斥的風險，使用患者自身的細胞是有益的。然后將這些細胞生長并與專門用于打印所需組織的生物墨水混合。

換句話說：在普通打印機中，如果你想要打印黑色，你需要黑色墨水（或其仿制品）。同樣，如果你想要3D打印心臟，你需要一個“心臟”墨水。

步驟3：打印器官模型

在3D模型完成并培養(yǎng)和混合細胞后，是時候打印器官了。包含患者細胞的生物墨水按照3D模型設(shè)計進行打印。也可以在打印3D構(gòu)造之后添加單元。

世界各地的研究人員正在研究將使用的精確打印技術(shù)和生物墨水。例如，這可以包括基于擠壓的生物打印，簡化后，將生物材料擠壓成形狀（參見我們的BIO X 或 BIO X6），或通允許高分辨率（基于光的生物打印，使用光來塑造生物材料，這通常允許高分辨率（參見我們的BIONOVA X和Lumen X+）。

總結(jié)：我們可以3D打印器官嗎？

如果我們談?wù)摰氖枪δ芡陚涞膬?nèi)部器官，那么今天的答案是否定的。因為我們還需要克服一些障礙。這些障礙包括創(chuàng)建打印器官的仿生血管化，以及為打印過程中使用的生物墨水找到合適的生物材料。

仿生血管化

從生物學上模擬功能性血管網(wǎng)絡(luò)的復雜性并非易事。與所有打印一樣，3D生物打印具有分辨率。這意味著創(chuàng)造一種3D生物打印機，能夠打印器官血管網(wǎng)絡(luò)和整個器官形狀的毫米級復雜性，這是一項技術(shù)挑戰(zhàn)。今天，血管網(wǎng)絡(luò)通常使用犧牲生物墨水（打印后去除）或同軸生物打印直接制造血管管。

此外，用特定的生物活性材料配制生物墨水，以鼓勵血管化行為是進一步探索的途徑。3D生物打印技術(shù)的改進和生物材料開發(fā)的結(jié)合對于實現(xiàn)器官在體外和體內(nèi)的適當血管化是必要的。

簡而言之，未來的生物技術(shù)進步將為研究人員提供繼續(xù)探索器官仿生血管化所必需的工具。在CELLINK，我們正在使用基于擠出的生物打印和基于光的生物打印技術(shù)。當涉及到打印可植入器官結(jié)構(gòu)時，考慮將兩者合并為一個工作流是明智的。雖然基于擠壓的打印提供了極大的靈活性，并且對于打印器官的總體結(jié)構(gòu)非常出色，但要實現(xiàn)血管系統(tǒng)正常運行所需的細節(jié)將更加困難。這就是基于光的打印可以應(yīng)用的地方。基于光的生物打印更適合打印細節(jié)特征，如血管網(wǎng)絡(luò)，因為它具有高分辨率和獨立于犧牲生物墨水。要了解更多關(guān)于擠壓和光結(jié)合的信息，請閱讀我們關(guān)于血管化皮膚組織模型生物制造的技術(shù)說明。

生物材料選擇

一般來說，組織工程的一個重要方面是生物材料。生物墨水中使用的每種生物材料在與細胞相互作用時都會表現(xiàn)出不同的行為。找到這些生物材料的合適混合物對于支持細胞粘附和分化為合適的細胞是必要的。

雖然天然聚合物，如膠原蛋白、纖維蛋白、明膠和海藻酸鹽顯示出良好的生物相容性，支持細胞以所需的方式生長，但這些聚合物的印刷能力有限。因此，合成聚合物通常與天然生物材料相結(jié)合，以提高打印性能。類似于我們剛剛描述的復合生物墨水被視為3D生物打印未來的有前途的候選者。究竟哪種生物材料將用于第一個植入的完整內(nèi)部打印器官，目前尚不好說。我們可以肯定的是，該器官將使用多種適合該器官不同組成部分的材料進行印刷。

器官移植的未來

簡而言之，3D打印器官將使世界各地的許多器官接受者受益，這一點無需重復。3D打印的內(nèi)臟器官離準備好植入還有幾年的時間。但生物打印器官，以及如何打印，是全世界研究人員每天都在研究的課題。隨著CELLINK和其他生物打印公司繼續(xù)推動3D打印技術(shù)的發(fā)展，以及研究人員不斷致力于和改進器官和組織模型，我們將繼續(xù)看到每年的進步。醫(yī)學和器官移植的未來正在一次一個腳印慢慢地逼近。

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