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          3D生物打印技術在醫(yī)學中的應用
          
						
          
							發(fā)布時間：2021-02-04     作者：zzj   分享到：
							
          
								
          
								
							
          
						
          
						
          
						
          3D打印是增材制造的一種形式，通過對材料進行選擇性的增量分層以形成3D結構來生產(chǎn)產(chǎn)品。目前有三種主要能夠應用于醫(yī)學領域的3D打印方式：3D打印制藥（printing of pharmaceuticals）、3D打印結構性醫(yī)療器械（printing of structural medical devices）和3D生物打�。�3D bioprinting）。其中，3D生物打印是一種以活細胞和生物相容性材料（生物材料）在三維結構上打印類似活體組織結構的新科技手段。
          這項技術應用過程中用到的細胞和生物材料被稱為“生物墨水”，可以打印出能夠模仿體內(nèi)復雜生物結構的組織。3D生物打印技術目前的研究重點是制造患病組織模型，這些模型可以替代實驗動物測試新藥。這項技術還被用來進行新的醫(yī)學療法研究。這種利用生物打印制造像組織一樣的材料的技術被稱為“生物制造”。

          運用這種技術，生物墨水的選擇尤為重要，那么如何選擇合適的生物墨水呢？

          生物墨水是用來制造仿生組織結構的，理想的生物墨水應該具備以下條件：一是保持正確的物理屬性以便打印。二是滿足反應（凝膠）的需求，能夠塑造一個三維形狀。三是生物相容性,在有毒產(chǎn)品中不降解。四是具有活體組織的機械相似屬性。五是在機體中能夠支持細胞的生長。
          具有這些特性的材料主要包括天然蛋白質(zhì)，如明膠和絲。將它們制成液體溶液，需要打印時，就可以按需制備半固體材料。由于生物墨水是用來制造組織狀結構的，因此，它可能還含有活細胞，但將細胞添加到生物墨水中會使其變得更加細膩，打印難度更高。

          3D生物打印技術，已經(jīng)越發(fā)成熟，主要應用于醫(yī)學領域：
          1.肺
          肺的核心功能單位是肺泡，肺泡是氣體（氧氣）進入毛細血管的地方。美國的一些大學研發(fā)了一種水凝膠，可以模仿血管通道。當紅細胞被泵出并通過這些通道時，能夠獲得氧氣（圖1）。
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          2.卵巢
          國外已經(jīng)有研究機構打印出能夠維持卵泡生活的明膠結構。當這些人造卵巢被移植到絕育小鼠的體內(nèi)時，可以發(fā)育出血管和卵泡并且自然成熟。人工植入的卵巢能夠使受精卵在母體內(nèi)發(fā)育到足月出生，母體也能哺乳，并表現(xiàn)出正常的激素功能。

          3.角膜（基質(zhì)）
          利用微擠壓打印技術打印了角膜的一部分（眼球前部的透明部分）。造出了膠原蛋白和包含人類角膜細胞的海藻酸生物墨水，并打印成一個定制的角膜模具，模具去除后留下的便是透明的角膜組織。

          雖然3D打印技術已經(jīng)發(fā)展了一段時間了，但是還是面臨這一些挑戰(zhàn)，比如（1）組織異質(zhì)性。組織和器官由各種不同類型的細胞組成。先隔離后打印每種類型的細胞，并確保它們位于解剖學上的對應位置和并能充分發(fā)揮作用仍然是一個挑戰(zhàn)。（2）血管。血液供應幾乎是所有組織的一個關鍵功能。沒有血液供應，大多數(shù)組織會迅速死亡。重新創(chuàng)建這個血液供應網(wǎng)絡非常困難，嘗試打印血管（內(nèi)皮）或使用激素促進其增長的探索正在持續(xù)進行。（3）組織和器官排斥。用于打印的生物材料可能會引發(fā)來自病人的免疫排斥反應，特別是當打印的生物構造體包含來自捐獻者的細胞時。

          在未來相當長的一段時間里，3D打印技術一定是一個有潛力的發(fā)展方向，以后會更多的運用到醫(yī)學及更多領域。

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