生物通报道：最近，美国威克森林浸信医学中心（Wake Forest Baptist Medical Center）的再生医学科学家们证实，使用一种复杂的、特别定制的三维打印机，能够打印出活体组织结构植入患者，取代受伤或病变组织。
这项研究发表在2月15日的《Nature Biotechnology》，科学家们称，他们用这种三维打印机，打印出了耳朵、骨骼和肌肉结构。当这些结构被植入动物体内时，它们便成长为功能性的组织，并发展出血管系统。最为重要的是，这些早期的结果表明，这些结构具有合适的尺寸、强度和功能，能够用于人类。
本研究资深作者、威克森林再生医学研究所（WFIRM）所长Anthony Atala指出：“这种新的组织和器官打印系统，是我们探索为患者制造替代组织的一个重要进展。它可以制造稳定的、任何形状的人体组织。随着进一步的发展，这种技术有可能会被用来打印活体组织和器官结构，用于手术移植。”
这项研究是由Armed Forces再生医学研究所资助支持，这是一项联邦政府资助，旨在应用再生医学来治疗损伤，向患者体内植入生物打印的肌肉、软骨和骨骼。
组织工程学是一门科学，目的是在实验室中培育替代的组织和器官，以帮助解决捐献移植器官短缺的问题。三维打印的精度，使其成为一种很有前途的方法，用于复制人体的复杂组织和器官。然而，当前的打印系统是基于喷射、挤压和激光诱导的正向传输，不能产生具有足够尺寸或强度的结构，植入体内。
Integrated Tissue and Organ Printing System (ITOP)——由再生医学研究所的科学家经过10年时间开发出来，克服了这些挑战。该系统可沉积生物降解的、塑料状的物质，形成含有细胞的组织“形状”和水性凝胶。此外，还形成了一种强大的、临时的外部结构。打印过程并不会伤害细胞。
组织工程的一个重大挑战是，确保植入的结构能够生存足够长的时间，以与人体相结合。威克森林浸信医学中心的科学家，以两种方式解决了这一问题。他们优化了含有细胞的水性 “墨水”，因此它能促进细胞的健康和增长，并且他们在整个结构中打印出了微通道网格。这些通道可让身体的营养物质和氧气扩散到结构中，并让它们保持存活，同时它们发展出一种血管系统。
以前的研究已经表明，没有现成血管组织的结构必须小于200微米（0.007英寸）才能存活。在这些研究中，一个婴儿大小的耳朵结构（1.5英寸）能够存活，并在植入后一至两个月表现出血管化的迹象。
Atala说：“我们的研究结果表明，我们采用的生物墨水组合，结合微通道，提供了合适的环境，可保持细胞存活，并支持细胞和组织的生长。”
ITOP系统的另一个优点在于，它能够使用来自CT和MRI扫描的数据，为患者“量身定制”组织。例如，对于一个耳朵缺失的病人来说，这个系统可以打印出一个匹配的结构。
几个概念证明实验结果已经证明了ITOP的能力。为了表明ITOP可以生成复杂的三维结构，研究人员将打印的、真人大小的外部耳朵植入小鼠的皮肤下。两个月后，植入耳朵的形状保持良好，并形成了软骨组织和血管。
为了证明ITOP可以产生有组织的软组织结构，研究人员将打印的肌肉组织植入大鼠体内。两周后，试验证实，肌肉足够强大，因此能保持其结构特征，成为血管化并诱导神经形成。
而且，为了演示一个真人大小的骨结构，研究人员使用人干细胞打印了颌骨片。骨片大小和形状符合人类面部重建的需要。为了研究生物打印骨骼在人体内的成长，研究人员将打印的颅骨部分植入大鼠体内。五个月后，生物打印的结构已经形成了带血管蒂的骨组织。正在进行的研究将继续测量更长期的结果。
作为一种新兴的热门技术，3D打印技术正迅速在医学领域大展身手，尤其是再生医学。让我们简单盘点一下3D打印技术在医学领域的研究成果。
新型3D打印法实现个性化医疗
美国东北大学的研究人员，开发出一种创新的3D打印技术，利用磁场域将复合材料——塑料和陶瓷的混合结构，塑造成患者特异性的产品。相关研究结果发表在2015年十月二十三日的《Nature Communications》。
世界首次用3D打印挽救重病儿童
密歇根大学Mott儿童医院，医生们用一种3D打印的设备，通过一种从未使用的程序植入患者体内，挽救了3名气管支气管软化症患儿的生命。他们在2015年4月份的《科学转化医学》（Science Translational Medicine）发表了这些充满前景的研究结果。
“生物3D打印机”使修复手术更完美
2015年3月份，著名的《美国物理联合会》期刊上发表了上海大学快速制造工程中心胡庆夕教授团队在生物3D打印方面的突破性研究工作。该团队研发的生物3D打印机，可以实现宏微观结构的复合成形和微纳结构表面修饰，同时可以实现滴涂、共混沉积、电喷、静电纺丝等多种细胞直接复合接种方式。
3D打印人造血管技术获重大突破
德国弗朗霍夫激光技术研究所研究人员成功利用3D打印技术制造出人造血管,这一技术突破有望广泛应用在治愈皮肤创伤、人工皮肤再造和人造器官等医学领域。
首次利用3D打印技术辅助复杂肺门肿瘤手术
2015年7月，哈尔滨医科大学附属第四医院胸外科主任崔键教授率领的团队，在全国首创利用3D打印技术辅助完成复杂肺门肿瘤手术。
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