人们接受生物3D打印器官有多快?

国际金属加工网 2017年01月13日

【编者按】类似于常规打印机可以再现数字照片和文档一样,3D打印机可以构建计算机辅助设计(CAD)文件设计的任何东西。根据来自CAD文件的指令,当3D打印机将材料(通常是塑料、金属,或在生物打印的情况下,活细胞)沉积到连续的二维层上时,3D打印机向上移动,喷墨器将微量的材料落在3D打印物体的顶部上。


截至2015年年底,美国食品和药物管理局(FDA)已批准销售超过85种3D打印医疗设备,如假肢、手术工具和损伤骨头的人工替代品。Spritam是一种用于治疗癫痫的药物,其已经成为第一款获得FDA批准的3D打印药物。3D打印机的这些用途是创新的,但它们主要提供了另一种医疗技术的方法。生物3D打印技术的不断发展,将成为改变现有医疗领域的新生力量。

类似于常规打印机可以再现数字照片和文档一样,3D打印机可以构建计算机辅助设计(CAD)文件设计的任何东西。根据来自CAD文件的指令,当3D打印机将材料(通常是塑料、金属,或在生物打印的情况下,活细胞)沉积到连续的二维层上时,3D打印机向上移动,喷墨器将微量的材料落在3D打印物体的顶部上。这些机器通常采用称为喷墨印刷的技术。

为了使活细胞能够经受这个过程,工程师需要解决喷墨内部的高压和高温。 Thomas Boland、William Crisp Wilson和Tao Xu获得了2006年的专利,他们成功地将3D打印机的多功能性扩展到生活结构。他们对喷墨打印的修改使得25%至85%的印刷细胞在孵化24小时后仍然存活。生物打印细胞现在可以存活数周,而且工程师正在继续努力,以进一步延长细胞寿命。

成千上万的加拿大人需要器官捐赠者

该技术具有潜在的挽救生命的应用。据加拿大政府称,2014年有超过4,500名加拿大人等待与器官捐赠者匹配。同年,等待名单上的278名需要器官移植的加拿大人过世。如果生物打印机发展到可以制造可植入器官的程度,医疗保健系统可以消除器官捐赠者数目与依赖器官捐赠生存的人数之间的差距。生物技术公司Organovo的研究有助于改变这一情况,拯救更多的生命。考虑到上述278名加拿大人中有三分之一死于缺乏可移植肾脏,Organovo的生物打印功能性人类肾脏组织的能力为未来器官移植带来了希望。

除了保证活的器官的可再生来源,生物打印的最先进的用途将是与器官移植相关的额外的挑战。接受人类供体的器官需要患者无限期地抑制其免疫系统拒绝外来组织的动力。因此,器官捐赠的受益者必须在其余生中削弱其对疾病的天然保护。在开始生物打印过程之前,患者的医生将在实验室中提取健康细胞的样品以进行繁殖。然后,生物打印机将用患者的细胞构建替代组织,从而允许免疫系统将新组织识别为安全的。不同于等待接受来自兼容DNA的人的器官,使用生物打印的医生可以准确地告诉他们的患者什么时候新的器官准备好手术。在这两种方式中,生物打印将消除健康器官何时可用的不确定性以及患者的身体是否将接受供体的组织。

除了自动化器官捐赠,生物打印可能最终提供替代治疗。在威克森林再生医学研究所,一个培训医学生的校园,研究人员正在开发生物打印皮肤,目的是治疗烧伤的受害者。严重烧伤通常需要使用受害者的一些健康皮肤来覆盖受损区域。如烧伤恢复中心所解释的,使用来自另一个人的皮肤仅足以在免疫系统做出侵略性反应的医生去除捐赠皮肤之前的一至三周。因此,唯一的永久性治疗需要医生制造与第一次相同的第二次伤口,而维克森林研究所报告说,其生物打印机可以制造足够的替换皮肤,以覆盖通常需要的十倍健康组织的烧伤。

尚未广泛使用

不幸的是,将受益于器官打印的这些优点的人们必须等待该技术成为可行且广泛可用的选择。复制人体器官的复杂结构是生物打印中最有雄心的目标之一,特别是将生物打印的组织植入人体时。当生物打印机发展时,他们的产品仍然在医学科学中得到立即应用。Organovo的肾脏和肝脏组织可以使研究人员测试其在生物打印组织上的药物。这些测试的结果可以帮助研究人员确定哪些药物最有可能在临床试验中成功,从而加速释放新药物的过程。

在医学之外,这种避免对人类进行产品测试的严格规定的机会吸引了其他公司的投资。2015年,Organovo宣布与欧莱雅合作,致力于他们的生物打印人类皮肤的研究。化妆品公司打算在生物打印的组织上测试其产品。

在像Organovo这样的公司获得这种类型申请的批准之前,政府将需要为生物打印产品的质量和可获得性制定明确的监管标准。生物打印技术的迅速发展迫使立法者考虑社会如何使用和控制大规模生产人体纤维的力量。


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