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3D打印器官离我们有多远?

2019年04月12日
随着3D打印技术的迅猛发展,人类已能够3D打印纳米级的结构。那么,我们离3D打印器官的市场化还有多远呢?一起来看Hala Zreiqat教授和Peter Newman博士怎么说。

Hala Zreiqat教授是澳大利亚创新生物工程研究中心主任,悉尼大学组织工程和生物材料研究的牵头人。

Peter Newman博士是澳大利亚研究理事会创新生物工程培训中心在悉尼大学的研究员。

得益于悉尼大学的新研究,澳大利亚人很快将进入3D打印器官时代。

“也就五到十年时间。”

从治愈癌症到混合动力再到无人驾驶汽车,看起来几乎所有的“黑科技”都将在五到十年之内实现。

对于研究人员而言,“五到十年”意味着我们已经研究了很长一段时间,且看上去可行,只是还没能完全实现。

自19世纪以来干细胞研究有何变化?

当我们说“3D打印器官将在五到十年后实现”时,人们往往持怀疑态度,这一点我们很理解。疑惑?不信?不妨再想想。在过去十年中,干细胞研究已经发生了根本转变。

自19世纪中叶以来,研究人员一直用玻璃和塑料培养皿一层层地培养细胞。这种方法是生物学研究的基石,其影响难以估量 —— 研发脊髓灰质炎、麻疹和天花疫苗,以及全球数百万糖尿病患者每天使用的胰岛素都离不开它。

这就是为什么干细胞生物学家摒弃这一方法后人们感到吃惊。原因很简单,这样的细胞生长环境与其母体器官的生长环境并不相同。

方法的改变也就是我们前文所说的根本转变,也意味着3D打印器官时代的到来。

3D打印器官的进展?

生物学家已放弃分层培养细胞的做法,并着手研究三维器官培养物,即类器官。

借助合适的细胞外基质,干细胞将增殖成超细胞网络,自发形成三维结构,模仿器官的真实状态。

进展是惊人的,多方面的。类器官有望减少对动物试验的需求,并提供改进的模型来了解疾病的发生过程。然而,对类器官的研究提供了对器官发育的前所未有的见解。

生产足够大规模类器官使患者受益仍然是一项重大挑战。大型结构需要支撑结构,比如将器官细胞缝合在一起的胶原网。

然而,证据显示,重建具备足够多细节的支撑结构以支持大规模细胞结构的生长仍相当棘手。

再来说3D打印器官。

上个世纪,澳大利亚人的人均寿命有了很大程度的延长,男性达到84.6岁,女性为87.3岁。这将导致器官移植的需求显著增加。

“隐形斗篷”将如何发挥作用?

虽然生物学家一直在忙于革新细胞培养方法,但工程师们开发出的3D打印机可以将光线聚焦得非常紧密,它可以聚合大小与单个胶原蛋白分子相似的特征。这项技术被称为多光子3D打印,是马丁·魏格纳教授的心血结晶。

作为这项技术的先驱用户,马丁·魏格纳教授展示的材料可以弯曲物体周围的光线,有效地使它们消失。是的,你没看错。他是一件隐形斗篷。马丁·魏格纳教授的悉尼之行标志着我们使用这项技术的开始。

悉尼大学纳米研究所邀请马丁·魏格纳教授来访,并在悉尼大学纳米科学中心举办了精彩的讲座。我们得以开始使用这项技术。

在接下来的五到十年中,我们的目标是使用多光子3D打印来构建合成支撑结构,模仿将器官固定在一起的胶原蛋白网。这些将是足够复杂的支撑结构,能够支持足够大的类器官的生长以用于临床应用。这看上去可行,请相信我们,我们已经研究了一段时间。

也许是五年,甚至十年之后,人们才能到医院买到新的心脏,但可以保证,到那时我们将实现3D打印器官。

关于悉尼大学纳米研究所

凭借悉尼大学多个学科的优势资源和各类先进设施,悉尼大学纳米研究所的纳米科学研究正迈向新台阶。

纳米科学技术是研究于纳米尺寸(1~100nm)时,物质和设备的设计方法、组成、特性以及应用的应用科学。

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