浙大贺永教授:跨尺度血管结构的生物3D打印
编者按:医用3D打印在近几年是一个热度呈直线上升的时髦技术。3D生物打印跨过第一、第二层次,已经在医疗模型、诊疗器械、康复辅具、假肢、牙齿及人工关节等方面催生出了一个产业链雏形。然而,有关3D打印产品的审批、国家对该类产品的政策方面的决策以及产品上升过程中遇到的技术和材料、产品的价格等等瓶颈问题,如打印人体组织和器官等方面存在重重的问题。那么,如果突破这些瓶颈并掌握整个市场的方向和核心技术并具有核心的市场竞争力成为了企业长久立足的关键,也是临床医生和科研人员普遍关心的问题。本次会议将挖掘医用3D打印领域遇到的瓶颈,一一进行剖析。同时,将对最新的技术进展、上下游产业链和临床新应用进行全面对焦。
生物谷:贺永教授,您好!非常荣幸能邀请您参加生物谷举办的“2017(第三届)医用3D打印行业峰会“。我们知道3D打印在中国尚处于起步阶段,大到航天飞船、建筑、心脏,小到牙齿、血管,3D打印都可以搞定,国务院也鼓励应用大数据、云计算、互联网、增材制造等技术,构建医药产品,3D生物打印在医疗上应用有哪些?其核心技术是什么?
回答:3D生物打印在生物医疗领域有着极其广泛的应用,概括来说,目前的研究有两个主要方向:其一是为各种疾病的精准治疗研究提供新的研究手段;第二个目标更为远大,打印出活性的人造器官,并应用于器官移植中。目前疾病的机理探讨主要依赖二维的细胞实验及动物实验,二维的细胞实验与人体环境相距甚远,而动物实验除了成本高、周期长、重复性不够理想外,动物的体内环境与人体也有较大的差异。由于3D生物打印可以精确的堆叠各种细胞及支架材料,形成接近实际器官组织的结构,同时其细胞也可采用人类的细胞,恰好可以弥补目前常用的两大实验方式的缺点。目前生物3D打印在肿瘤模型、药物代谢所带来的肝脏毒性评估、肠道微环境的构造、心血管疾病病例探讨等领域都开始有报道,生物3D打印技术在疾病的精准治疗中将会有非常广泛的应用,也是目前就可以很快开展的工作。第二个目标打印可供替代的器官,目前也有很多的尝试,但总体而言还有很长的路要走,人体器官的结构远比我们想象的要复杂的多,器官的生长发育机制等机理上还有很多问题有待揭开。目前媒体报道的所谓肝打印、肾打印等研究其实更多的是实验室再现了器官众多功能中的一到两个而已,在这方面我很担心媒体的过度捧杀。
对于生物3D打印而言,目前的核心难点包括:一是精确控制多种细胞沉积到指定位置,以更好的模拟实际组织结构。由于生物墨水是一种典型的水凝胶类软材料,打印中的变形控制、打印后结构适宜强度的保持、细胞外基质结构的营造等都对这个制造过程提出了很大的挑战;二是组织打印“成型”后,如何对细胞输送营养,实现初步的体外培养;器官内部所遍布的血管网络是维系器官活性的根本,也是打印的器官从mm级尺寸到cm级尺寸所必须的环节,打印时必须要构造出有效的营养输送通道网络。三是培养过程中,如何调控培养环境使得独立的细胞个体融合成功能性组织。目前打印的组织结构,主要还是形似,神似还有较大距离。也就是说打印后细胞间如何能彼此融合,建立起cross-talking,从而具备真实器官的功能,目前还只是走了万里长征的一小步。
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