據(jù)報道，目前，在再生醫(yī)療領(lǐng)域，日本多家科研機構(gòu)在研究使用3D打印技術(shù)生產(chǎn)血管等復(fù)雜組織。日本佐賀大學(xué)將iPS細胞（人體誘導(dǎo)多功能干細胞）培育出的細胞群打印成管狀結(jié)構(gòu)，制成血管。京都大學(xué)利用3D打印技術(shù)制成包裹著神經(jīng)的筒狀組織，并將其移植到實驗鼠身上，實現(xiàn)了神經(jīng)的再生。日本政府預(yù)計到2020年前后，iPS細胞將可用于治療心臟病等疾病，正在加緊掌握與人體組織形狀相近的人造立體組織移植技術(shù)。
日本科研機構(gòu)研發(fā)3D打印血管與神經(jīng)技術(shù)
iPS細胞不僅被用于治療眼部的疑難病癥，未來還可能被用于治療心力衰竭和脊髓損傷。在培育用于移植治療的長血管和立體內(nèi)臟時，管狀和袋狀的組織結(jié)構(gòu)常需要使用很多細胞。研究團隊認為，既然3D打印技術(shù)的原理是層層疊加樹脂材料打印成立體作品，如果用細胞代替樹脂，也可以打印出立體的組織。
佐賀大學(xué)教授森田茂樹的研究團隊將人類iPS細胞培養(yǎng)出可發(fā)育成血管的細胞群，并在多排細針組成陣列的微型基座上層層串起細胞，最后打印出長2厘米，直徑5毫米的管狀結(jié)構(gòu)。
將管狀結(jié)構(gòu)細胞從細針上取下，內(nèi)部使用培養(yǎng)液貫穿。數(shù)天后分化成不同種類的細胞會在內(nèi)壁形成細胞層，最終形成血管。今后將在豬身上進行血管移植實驗。
該研究使用了發(fā)源于九州大學(xué)的新創(chuàng)企業(yè)Cyfuse與澀谷工業(yè)合作研發(fā)的“Bio3D打印機”。
目前有一種治療心肌梗塞的方法是摘取患者的其他血管來替代被淤塞血管。但這種方法對人體會造成很大的負擔(dān)，使用人工血管容易造成再次淤塞，因此人們對iPS細胞制成的血管期待很高。
京都大學(xué)副教授池口良輔的研究團隊使用可分化成皮膚等組織的細胞，制成長8毫米，直徑3毫米的管狀結(jié)構(gòu)。將其移植到被切除部分神經(jīng)的實驗鼠的創(chuàng)口處，8周后管內(nèi)產(chǎn)生了神經(jīng)連接，老鼠恢復(fù)行走能力。可見，筒狀構(gòu)造可培育長成神經(jīng)的細胞，促進神經(jīng)再生。計劃3年后將該技術(shù)投入臨床研究階段。
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神經(jīng)再生，3D打印下一個“用武之地”
據(jù)報道，美國科學(xué)家研制出一種新的3D打印結(jié)構(gòu)，它可以用來“引導(dǎo)”受損神經(jīng)末梢的再生和重新連接。這意味著3D打印機或?qū)⒊蔀樯窠?jīng)外科醫(yī)生手中的“神器”。
目前最常見的神經(jīng)修復(fù)手術(shù)需要從身體其他部位取出神經(jīng)組織來“拆東墻補西墻”。這不但需要額外的手術(shù)，而且可能給原本正常的身體部位帶來問題。另一種方法是使用一個管狀的人工支架，將其安裝在兩個受損神經(jīng)末梢的中間。這種支架在促進神經(jīng)生長的生物化學(xué)“信號”的幫助下，可以作為引導(dǎo)神經(jīng)再生的通道。由于神經(jīng)和神經(jīng)損傷部分的形狀一般較為復(fù)雜，這為3D打印技術(shù)找到了用武之地。
在實驗中，美國明尼蘇達大學(xué)機械工程學(xué)教授邁克爾·麥卡賓與其同事，切除了實驗鼠包括神經(jīng)分叉點在內(nèi)長度為10毫米的坐骨神經(jīng)。他們使用3D掃描儀來記錄神經(jīng)缺損部分的幾何信息，然后將這些信息傳輸?shù)?D打印機中并設(shè)計打印出結(jié)構(gòu)復(fù)雜的人工支架。
值得注意的是，在正常的坐骨神經(jīng)中，Y型神經(jīng)結(jié)構(gòu)的分支或以感覺神經(jīng)纖維為主，或以運動神經(jīng)纖維為主。3D打印機的另一項“神通”是可在人工支架中精確地置入比例適量的生物化學(xué)“信號”來分別促進不同分支的再生。這一支架成功地讓實驗鼠受損的坐骨神經(jīng)得以再生。
研究人員認為，這一新技術(shù)應(yīng)被看做一個新的起點，它為利用3D打印技術(shù)來制造復(fù)雜植入結(jié)構(gòu)的新的再生方案“打開了大門”。他們計劃嘗試使用其他生物化學(xué)材料以更好地促進受損神經(jīng)的修復(fù)，其中包括一種可生物降解材料，這種材料打印出的人工支架一旦幫助神經(jīng)完成修復(fù)即在體內(nèi)降解。麥卡賓估計，他們所展示的新技術(shù)在5到10年內(nèi)可在人體內(nèi)進行實驗。
