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在科幻神劇《西部世界》中，人體部位是用3D打印機(jī)在機(jī)器人框架上構(gòu)建出來的。

盡管現(xiàn)實(shí)中3D打印機(jī)還無法實(shí)現(xiàn)這般魔幻的操作，但它正越來越多地應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。例如，3D打印技術(shù)可以用于制造人體的某些部位，如骨科關(guān)節(jié)和假肢，以及部分骨骼、皮膚和血管。

然而，這些組織中的大多數(shù)是在體外設(shè)備中制造的，然后通過手術(shù)植入體內(nèi)。這樣的操作可能造成大的手術(shù)切口，增加患者的感染風(fēng)險(xiǎn)，延長康復(fù)時(shí)間。由于組織制造出來后到植入患者體內(nèi)，這之間有一段時(shí)間間隔，可能引發(fā)進(jìn)一步的并發(fā)癥。為了避免這些并發(fā)癥，一群科學(xué)家開發(fā)了一種技術(shù)，可以直接在體內(nèi)打印組織。

制造工程組織需要兩個(gè)基本組建：

(1)一種由混合活細(xì)胞的框架材料組成的類液體“生物墨水”;

(2)幫助細(xì)胞生長發(fā)育成再生組織的生長因子。

在開發(fā)直接植入體內(nèi)的組織時(shí)，還有其他的事情要考慮：組織的構(gòu)建必須在體溫(37°C)下進(jìn)行;組織必須有效地附著在柔軟的活體組織，且任何程序步驟不應(yīng)對患者有害。在目前的方法中，其中一個(gè)步驟是用有害的紫外光來固化已構(gòu)建的組織，這可能對患者造成傷害。

目前，Terasaki研究所所長兼首席執(zhí)行官Ali Khademhosseini博士，與俄亥俄州立大學(xué)機(jī)械與航天工程系的David J Hoelzle博士，以及賓夕法尼亞州立大學(xué)化學(xué)工程系的Amir Sheikhi博士合作，研發(fā)出一種特殊配方的生物墨水，用于體內(nèi)直接打印。

Ali Asghari Adib博士說:“這種生物墨水配方可以在生理溫度下進(jìn)行3D打印，并且可以利用體內(nèi)的可見光安全交聯(lián)。” 為了構(gòu)建組織，他們使用了機(jī)器人3D打印技術(shù)，這種技術(shù)使用帶有噴嘴的機(jī)器人。生物墨水以高度精確、可編程的方式通過噴嘴噴射，就像冰管擠壓出書寫凝膠一樣。

圖示：一種直接植入到柔軟活組織的特定組織的3D晶格結(jié)構(gòu)(圖片來源：俄亥俄州立大學(xué))

該團(tuán)隊(duì)還研究了將這種生物墨水形成的組織碎片附著在柔軟表面上的方法。在試圖將組織附著到生雞肉條和瓊脂糖片上的實(shí)驗(yàn)中，該團(tuán)隊(duì)采用了獨(dú)特的互鎖技術(shù)，該技術(shù)使用了機(jī)器人3D打印機(jī)及其特制的生物墨水。噴嘴頭經(jīng)過了修改，能夠穿透柔軟的表面，并在撤回時(shí)用生物墨水填充穿刺的空間。這為組織構(gòu)造創(chuàng)建了錨。當(dāng)噴嘴尖端到達(dá)表面時(shí)，它分配了額外的生物墨水滴以“鎖定”錨固件。Asghari Adib說：“這種互鎖機(jī)制使支架更牢固地連接到患者體內(nèi)的軟組織基質(zhì)上。”

組織工程學(xué)中的這些改進(jìn)，有助于為一些患者提供低風(fēng)險(xiǎn)、微創(chuàng)的腹腔鏡手術(shù)選擇，如修復(fù)組織或器官缺損，工程/植入補(bǔ)片以增強(qiáng)卵巢功能，或創(chuàng)建生物功能的疝修補(bǔ)網(wǎng)等。這對病人來說更安全，更省時(shí)，更劃算。對組織工程設(shè)計(jì)的進(jìn)一步改進(jìn)和對其他條件的調(diào)整，或許可以進(jìn)一步增加定制化的可能，從而為治療帶來無限可能。

“開發(fā)出能應(yīng)對各種傷害和疾病的個(gè)性化組織，將給未來醫(yī)學(xué)帶來巨大變革。如今，我們已經(jīng)邁出了重要的一步，它使我們能夠在手術(shù)時(shí)，將正確的細(xì)胞和材料直接遞送至缺損處。”Khademhosseini說，“這將強(qiáng)化我們的個(gè)性化植入技術(shù)平臺，有助于解決患者組織缺損問題。”