3D生物打印机首次制备出活性人体皮肤

　　来源：国防科技信息网，作者：丁宏 中国船舶工业综合技术经济研究院

　　摘要：西班牙科学家近日研发出一台3D生物打印机样机，可以打印出具备活性的人类皮肤。这种皮肤可用于患者皮肤移植，也可用于化妆品、化学和药物产品测试研究。

　　来自西班牙马德里卡洛斯三世大学（UC3M）、能源环境与技术研究中心（CIEMAT）、格雷戈里奥·马兰（Gregorio Maran）大学总医院与BioDan集团的科学家们研制出了一台3D生物打印机的原型，可以创建完全功能性人体皮肤。这种皮肤可用于移植到患者，或用于化妆品、化学和药物产品测试研究。

　　这项研究在最新一期的《生物制造》杂志（Biofabrication）网络版上发表。在论文中，研究团队首次证明，使用新的3D打印技术，可以产生与人类皮肤相似的结构。论文作者之一、UC3M生物工程和航空工程系教授路易斯·霍尔卡诺（JoséLuis Jorcano）指出，这种皮肤“可以移植到患者身上，或在商业中用于测试化学品、化妆品或药品，从而提高安全性，降低研发成本。”

　　这种新的人体皮肤是使用生物打印技术制备出的首批活体人体器官之一。它模仿了皮肤的天然结构，最外层具有角质层表皮，以防止外部环境对皮肤造成伤害；中间层是较厚实的真皮层，最内层是由产生胶原蛋白的成纤维细胞组成，可为皮肤提供足够的机械强度和一定的弹性。

　　“生物墨水”（Bioinks）是3D生物打印的关键。与普通打印不同的是，生物打印不是将油墨喷出来，而是需使用注射器（喷嘴）将生物成分（生物墨水）按照一定的顺序和速率进行沉积。格雷戈里奥·马兰大学总医院研究员胡安·弗朗西斯科·德尔卡尼索表示，该项技术的关键在于，“知道如何将生物成分进行混合，在什么条件下混合时细胞不会变质，如何正确地沉积这些生物墨水。”在计算机控制下，3D打印机以有序的方式将生物墨水沉积在印刷床上，从而打印出皮肤。这种沉积生物成分的技术已由CIEMAT中心和BioDan集团申请专利。

　　生产这些生物组织的方法可以两种方式进行：一是可利用细胞原料大规模生产用于工业过程的人造皮肤，二是利用来自患者自身细胞来制备少量的自体皮肤，用于治疗严重烧伤等医疗用途。论文作者表示，“我们只使用人类细胞和组分来产生具有生物活性的皮肤，这些皮肤可以产生不会发生排异的人类胶原蛋白，从而避免其他方法中出现的动物胶原蛋白不兼容问题”。这一研究还没有结束，研究团队还在继续研究打印其他人体组织的方法。

　　这种新技术有几个优点。BioDan集团的首席执行官阿尔弗雷多·布里萨克（Alfredo Brisac）指出，这种生物打印方法允许以标准化的自动化方式生成皮肤，并且该过程比手工生产更便宜。专门从事再生医学的西班牙生物工程公司承载对这项研究进行深化和商业化推广。

　　目前，这一技术目前正等待欧洲不同管理机构的批准，审批通过后，制备的皮肤将可用于治疗烧伤患者和其它皮肤病患者。此外，这些打印出来的组织还可用于测试药品、化妆品和消费化学产品。根据当前的法规，某些化学产品测试不能在人体或动物身上进行，而3D生物打印技术有望解决这一问题。

3D打印和3D生物打印在医疗中的应用进展

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原作者：Beau Jackson，编译：行肖

来源：3D Printing Industry

　　3D Printing Industry的这篇综述回顾了最近一些3D生物打印和增材制造方法在医学中应用的实例。

　　最近，3D打印技术在手术计划中的应用又向前迈进了一步，在本文中我们将通过3D Systems公司的案例来看一看3D打印在手术计划中的应用。我们还将看到3D打印的骨骼如何起作用，以及软骨在再生医学研究中正在取得怎样的进展。最后，我们会将目光锁定在3D打印的血管组织，回到中国猕猴接受了3D打印静脉的有效植入这一话题上。

　　成功的手术计划

　　为患者个性化定制3D打印的解剖模型是3D打印中一种非常有价值的应用形式，不仅节省了宝贵的手术时间，还可以改善患者的预后。

　　Stratasys旗下的增材制造服务公司 Stratasys Direct Manufacturing已经创造出了3D打印的脑模型；加利福尼亚州的Spinal Elements公司正在制订脊柱外科手术指南；一些初创公司也已经快速进入到了不断增长的市场中，例如新加坡的Supercraft3D公司已经获得了投资公司100万美元的资金支持。

　　一种为病人个性化定制的3D打印手术脑模型，照片来源：Stratasys Direct Manufacturing

　　2016年，3D打印使得27小时手术（27-hour surgery）这项卓越的手术成为可能。在3D Systems公司增材制造技术的帮助下，连体双胞胎Jadon和Anias McDonald成功地进行了27小时手术。

　　虽然尚未实现商业化，但3D打印在医学领域进一步发展的设想被认为与3D Systems公司的Figure 4 模块的应用类似。最近，3D Printing Industry的主编Michael Petch探访了3D Systems位于科罗拉多州的医疗技术工厂，在那里他与公司CEO和高级工作人员进行了交谈。

3D Systems公司的Figure 4模块，摄影：Michael Petch

　　正如3D Systems的金属和医疗保健总经理Kevin P. McAlea在接受Michael Petch采访时说的那样，“如果将Figure 4与生物相容性材料结合，你就可以在本地建立一个手术计划单位，例如医院。我认为这是一个长期趋势。”

　　组织工程v2.0和生物3D打印的骨头

　　纽约费恩斯坦医学研究所教授Daniel A. Grand将再生医学称为“组织工程V2.0”。 Grant发表在Nature上的风湿病学综述解释了3D生物打印如何将矫形治疗提升到下一个等级，特别是通过软骨的制造。

　　为了修复骨折，国际上正在研究可进行3D打印的墨水。有些生物墨水是以蚕丝为材料的，而其他一些则结合了陶瓷。

西北大学3D打印的脊柱，照片来源：Shah et al

　　位于伊利诺伊州的西北大学有着具有超弹性质的3D打印钙塑骨。这种骨骼在机械测试中表现出了良好的特性，同时有着很好的生物相容性。

　　最近的一篇学术论文《多孔负载生物陶瓷支架的三维打印》中描述了一种3D生物打印技术和烧结技术的组合。文中称研究人员成功利用3D打印技术制造出了一种生物陶瓷结构，它可以很好地与皮质骨的特性相匹配。

　　在马斯特里赫特的3D生物打印会议上，研究人员之一的Tobias Zehnder发表了主题为“用于骨组织再生的硬基质和软基质生物制品”的报告。将Zehnder在埃尔兰根-纽伦堡大学使用的方法与目前3D生物打印技术的整体情况做了比较，应该会很有趣。

　　3D打印的心脏

　　2016年底，中国国家高技术研究与发展计划（也称为863计划）成功地将3D打印的静脉组织植入活恒河猴体内。这是在临床前试验的第一步，试验的最终目标是希望能够在人体上获得成功。

　　猴子体内3D打印的血管搏动和血流情况的CT图像，来源：CCTV +

　　马萨诸塞州东北大学和佐治亚理工学院的研究人员也开发了自己独特的3D打印血管的方法。生物科技公司Celprogen甚至发布的证据展示了一个微型3D打印的心脏可以在充满血液时跳动。

　　然而，事实是血管组织由多种类型的细胞组成，因此组织的重建只有通过材料和方法的组合才有可能实现。

　　在发表于Circulation Research2017上的一篇题为《从微型器件到3D打印：3D心血管组织的制造》的文章中，作者Anton V.Borovjagin、Brenda M.Ogle、Joel L.Berry和Jianyi Zhang表示，3D生物制造出一个完整的心脏可能是最合理的方法。作者还概述了合成贴片对于这种复杂器官是远远不足的，因此该方法将取代目前还在不断探索研究的模块化方法。

　　由于能够复制心脏对物质的反应，即使没有动物实验，哈佛的3D打印心脏芯片模块和其他芯片实验室技术研究的未来也是乐观的。

心脏芯片的生物打印，来源：哈佛John A. Paulson工程与应用科学学院

　　剑桥大学的Yan Yan Shery Huang是马斯特里赫特生物3D打印会议的另一位演讲者。她的研究小组“Biointerface”涉及器官芯片技术和电控的3D生物打印，其研究是剑桥大学英国癌症研究中心的一部分。3D生物制品和芯片实验室技术将如何影像患者的健康还有待进一步的解答。

　　原始出处：

　　https://3dprintingindustry.com/news/review-recent-medical-advances-using-3d-printing-3d-bioprinting-102971/