3D打印皮膚、義眼和假肢

 

　　意大利Bologna的一家脫發(fā)研究實(shí)驗(yàn)室——Cesare Ragazzi實(shí)驗(yàn)室（CRLab），通過引入3D打印技術(shù)為顧客打印假發(fā)。他們首先3D掃描患者的頭骨，在此基礎(chǔ)上制造出一個鑄模，并仔細(xì)注意脫發(fā)的位置。由于3D掃描和測量數(shù)據(jù)可以以電子郵件的方式發(fā)送給在意大利的CRLab，所以患者甚至不必親自到場。根據(jù)測量結(jié)果，醫(yī)生會3D打印出患者的顱骨和頭皮的模型，再以3D技術(shù)在此基礎(chǔ)上調(diào)制基部并打印假發(fā)。

 

　　Biologique Recherche公司利用靜電紡絲3D打印技術(shù)，將（皮膚）透明質(zhì)酸化合物注入通電旋轉(zhuǎn)設(shè)備，將其轉(zhuǎn)換為納米纖維，然后打印出條形的納米纖維“皮膚”（圖10）。這些“條形皮膚”富含透明質(zhì)酸和膠原蛋白、蛋白多糖，可以貼合人類皮膚，溶解滲入到皮膚組織中。這種薄膜片可以在皮膚中滲透流通，保持水分。薄膜成分有助于修復(fù)皮膚損傷，加快愈合。

圖10 3D打印的“第二層皮膚”

 

　　比利時魯汶大學(xué)學(xué)術(shù)醫(yī)院用錐形束CT（CBCT）技術(shù)為一位68歲的男性患者開發(fā)出了世界上第一個3D打印的義眼（圖11）。CBCT是牙科手術(shù)中一個很常見的輔助手段，因?yàn)樗挥迷斐蓳p傷就能為患者的口腔進(jìn)行建模，但是用于義眼的制造還是第一次。這種義眼尚不具備可視功能，但能改善眼部周圍肌肉組織狀態(tài)。

圖11 3D打印義眼

 

　　Autodesk公司使用3D打印假肢為德國自行車運(yùn)動員丹妮絲·申德勒3D打印了能在比賽中使用的假肢（圖12）。英特爾公司與3D Systems公司合作，將3D打印與信息技術(shù)結(jié)合，為一個西班牙的小男孩量身定做了一個植入了Intel核心處理器的仿真3D打印假手。

圖12 丹妮絲·申德勒和她的3D打印假肢

 

　　此外，在澳大利亞布里斯班開發(fā)的一項(xiàng)新技術(shù)，能為天生耳畸形的兒童們提供耳朵假體。該技術(shù)使用孩子自身的細(xì)胞在生物反應(yīng)器中生長出3D耳朵。通過應(yīng)用3D打印技術(shù)，假體的預(yù)估成本不超過一副眼鏡的價格。

 

　　3D打印藥丸

 

　　倫敦大學(xué)藥學(xué)院的研究人員進(jìn)行的一項(xiàng)研究表明：立體光固化成型（SLA）技術(shù)可以用于制作3D打印藥物（圖13）。這項(xiàng)名為“口服藥服定劑量釋放光固化3D打?。⊿tereolithographic（SLA）3D printing of oral modified－release dosage forms）”的研究展示了利用SLA 3D打印技術(shù)生產(chǎn)“載藥型藥物”的可能性和適用性，研究人員們表示，這樣一個發(fā)現(xiàn)為他們提供了更多制藥選擇的可能性，能在打印前將藥物與光固化結(jié)合在一起，保持藥物內(nèi)部的“固化矩陣”，從而減少藥物降解。2016年3月，F(xiàn)DA批準(zhǔn)的癲癇藥物SPRITAM便是使用3D打印技術(shù)制造藥片特殊的結(jié)構(gòu)，以便其更快速溶解。

圖13 SLA 3D打印藥物流程

 

　　3D打印活體器官和組織

 

　　生物打印制備活體器官和組織是方興未艾的研究方向。荷蘭烏德勒支大學(xué)已經(jīng)建立了世界第一個生物打印實(shí)驗(yàn)室。瑞典Cellink公司開發(fā)的兩種全新的生物油墨能提高人們生物打印人體組織和器官的能力，第一種生物油墨是CELLINK A（圖14），由超純海藻酸鈉組成，這種可降解的生物油墨最適于支架材料必須被本體組織取代的情況，在促進(jìn)組織再生方面有良好使用性能；另一種生物油墨被稱為SUPPORTINK，可用于幫助打印復(fù)雜的3D結(jié)構(gòu)，一旦細(xì)胞被打印出來并穩(wěn)定之后，SUPPORTINK可以很容易地從結(jié)構(gòu)中去除，只需一次簡單地沖洗即可，它可以被用于創(chuàng)建具有開發(fā)的類似血管網(wǎng)絡(luò)的組織模型。生物油墨能夠很快幫助將實(shí)驗(yàn)從體外（用在微生物、細(xì)胞上）轉(zhuǎn)向?qū)嶋H的臨床應(yīng)用。

圖14 瑞典Cellink公司開發(fā)的生物打印油墨

 

　　2016年，美國Battelle Center醫(yī)學(xué)研究中心利用3D打印對RSV疫苗進(jìn)行研究，RSV病毒是呼吸道合胞病毒，會引起嬰兒和兒童支氣管炎和肺炎，為了研究病毒如何發(fā)揮作用，研究人員運(yùn)用計(jì)算機(jī)原理和物理學(xué)公式結(jié)合3D全彩打印技術(shù)，打印出F基因分子機(jī)器的全彩模型，通過模型研究出病毒的運(yùn)作機(jī)理，從而研發(fā)出疫苗。

 

　　2016年俄羅斯聯(lián)合火箭航天公司（URSC）宣稱，已經(jīng)與俄羅斯3D Bioprinting Solutions公司簽署了一份協(xié)議，合作開發(fā)一款可以在零重力環(huán)境下運(yùn)行的磁性3D生物打印機(jī)，根據(jù)計(jì)劃，這款3D生物打印機(jī)將會在2018年被送到國際空間站中使用。這款開發(fā)的磁性3D生物打印機(jī)將被用于打印對于太空輻射的影響高度敏感的組織和器官構(gòu)造，以對長期逗留在太空環(huán)境中生物體所受到的宇宙輻射負(fù)面影響進(jìn)行生物監(jiān)測，并藉此開發(fā)出相應(yīng)的對策。2016年，扎耶德大學(xué)小兒外科手術(shù)創(chuàng)新系統(tǒng)以及馬里蘭大學(xué)的研究人員成功地使用生物3D打印技術(shù)打印出了胎盤模型。這種模型由一層層活性細(xì)胞打印而成，科學(xué)家將其用于觀察并記錄細(xì)胞遷移中（在胎盤滋養(yǎng)細(xì)胞），利用這個模型中的關(guān)鍵細(xì)胞、生物化學(xué)成分和細(xì)胞外基質(zhì)成分，科學(xué)家將可能找到先兆子癇的病因和治療方法。