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3D打印在生物工程领域的五大经典应用

本文摘要:医疗身体健康的发展归功于科技的助力,比如有了3D打印机,身体器官的自定义修缮可以更容易构建了。生物工程学家预计,将来或可利用它生产现实的细胞材料。此类技术可以沦为个性化生物医学设备、的组织工程皮肤、软骨和骨骼,甚至是可工作膀胱的基础。 近期公开发表于《生物技术动向》的特刊中,研究者对3D生物打印机的进展及未来几年甚至几十年有可能构建的设想,展开了辨别与思维。

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医疗身体健康的发展归功于科技的助力,比如有了3D打印机,身体器官的自定义修缮可以更容易构建了。生物工程学家预计,将来或可利用它生产现实的细胞材料。此类技术可以沦为个性化生物医学设备、的组织工程皮肤、软骨和骨骼,甚至是可工作膀胱的基础。

近期公开发表于《生物技术动向》的特刊中,研究者对3D生物打印机的进展及未来几年甚至几十年有可能构建的设想,展开了辨别与思维。  此图表明了将细胞高通量生物打印机至微孔中的过程  1.自定义芯片器官  仿真人体的组织结构和功能的3D微工程系统芯片器官,是廉价、高效、个性化医疗竞赛中的强有力竞争者。肺,肠和胰腺的组织早已可以由芯片上的人体干细胞生长而得,这使得研究者需要理解有所不同病人的这些细胞的生理区别,并展开药物检验。

芯片器官生产的挑战在于较慢拓展技术的应用于,而3D打印机则可以增加创建、引领及符合芯片市场需求过程中所必须的劳动力和费用。  3D打印机微流体生产和生物打印机3D的组织的空集在单步芯片器官工程方面大有前途,并且需要在研究过程中,构建更大的灵活性和生产量。

来自康涅狄格大学,专门从事3D打印机在微流体和芯片器官方面新的应用于研发工作的助理教授SavasTasoglu(@SavasTasoglu)说道到,在未来的研究中,更加先进设备的可打印机一系列粘性材料的3D生物打印机,将应用于打印机和生产微流体平台及设备内部模式化的简单的组织。此类堵塞整合系统,将很大地修改芯片器官模型的生产并使芯片器官的设计递归得更慢。

  在微流体设备中3D打印机生物细胞的流程  3D打印机技术在微流体设备生产以及生物印刷的应用于中大大取得成功,预示这两个领域的很快革新,未来几年里,3D打印机将很有可能沦为芯片器官工程的工具。目前,生物相容性打印机材料的可用性容许了微流体地下通道和生物打印机的组织的结构尺寸。然而,随着3D打印机分辨率的很快提高,即使是低成本的消费级3d打印机,也有可能在旋即的将来解决问题这个问题。  2.生产皮肤  研究找到,由疫苗在胶原胶体表面的细胞打印机而出的皮肤,在培育后10天经常出现了细胞间连接和生物学上长时间细胞的标志物。

在另一项研究中,研究者可以在这层细胞之上栽种血管。由此看来,皮肤生物打印机要比想象中更加相似现实,但在不足以协助患者特别是在是灼伤和慢性创面患者的设计方案上,研究者们的考虑到还正处于可行性发展阶段。  皮肤是一个简单的器官,具有包括多种类型细胞的具体定义的空间结构。

目前早已构建了利用简单机器来掌控生产的组织的工程线条,南洋科技大学及新加坡科学技术研究所的WeiLongNg及其合作者得出结论一个结论,尽管利用生物打印机生产出有具备等同于现实皮肤原始功能性能的皮肤,这一最终目标仍未构建,但生物打印机在皮肤的组织工程的诸多最重要方面,还包括分解着色和/或老化皮肤模型,脉管网络和毛囊等方面有较小潜力。总体而言,比较简单的还包括角蛋白细胞和出纤维细胞的皮肤建构体,早已利用生物打印机技术被顺利生产出来。

在体内研究中,这些皮肤建构一定程度上表明出有了与天然皮肤及其功能的相似之处。  对于生物打印机领域的当前状态,3D皮肤建构体可以建构基于光学数据和与其它比较可玩性较低的坚硬的组织与器官。正如在以前的研究表明,技术成熟期后,打印机皮肤结构将与天然皮肤的组织十分相似。

皮肤生物打印机的更进一步发展,未来将需要构建为患者伤口按须要自定义合乎自体皮肤的建构体,另一个有意思的应用于是在伤口化疗中,展开皮肤原位生物打印机。  利用3D打印机技生产皮肤的转身流程  商业化和监管方面,的组织工程和再造医学(TERM)的规例监管流程和多样性包含了TERM发展的极大挑战。

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打印机结构的顺利商业化在相当大程度上各不相同监管和经费的批准后。3D打印机皮肤建构体,包括着有所不同的生物材料、细胞和生长因子,监管部门批准后的艰难在于临床研究大大减少的复杂性和潜在的危害,最重要的标准如质量把控和生产程序,对于生物打印机来说都是至关重要的。  3.面部修复  尽管骨骼、软骨、皮肤、肌肉、血管和神经都早已可以在实验室中构建打印机,建构更加简单的供患者重制图样的方法仍在研发过程中。颅面修复可协助患上癌症或面部伤势的人群,并且针对这些细胞类型的工作早已已完成,所以似乎,该技术有一点更进一步投放研发。

在短期内,3D打印机支架可用作提高下颌或面部其他区域的点状缺失。  颅面解剖图,结构非常复杂  有所不同的生物打印机技术都有顺利的期望,但由于每个的组织目前必须特定的技术,多细胞组织建构物的打印机是艰难的。由于对长年(实)临床研究、智能聚合物和最重要的生物打印机架构的优质生产产品的市场需求,该技术仍有很长的路要回头。

阿姆斯特丹权利大学医学中心的外科医生DafyddVisscher及其同事说道。  可以将细胞运送至的组织如皮肤和软骨中的手执生物打印机设备,有可能沦为一种用作化疗外部颅面的组织的前景辽阔的方法,DafyddVisscher说道,现在,尽可能优化生物打印机技术,强化颅面区域的组织的自我修缮能力,不应沦为生物打印机临床应用于中合理的第一步。  4.多器官药物检验  3D生物打印机证明了准确模型可以提高我们评估新的药物的方式,例如分解由多种类型细胞构成的类器官,以及具备工程血管的肿瘤模型。此类措施可在多个器官中动态较慢监测药物的相互作用,但有可能必须多次递归以构建这一目的,例如重新加入血管、相连器官模型。

  随着新的高级生物打印机技术的发展,生产生理涉及的的组织模型将沦为今后十年里药物研发的最重要工具,滨州大学的IbrahimOzbolat和WeijiePeng及Jackson基因组医学实验室的DeryaUnutmaz说道。与其他3D生物生产和反对技术统合之后,在芯片上生物打印机器官/人类模型和微阵列不会大大降低新疗法在实临床试验中的淘汰率,并大大缩短新药的研发过程。  生物打印机和非生物打印机血管的反应对比  生物打印机的组织模型以及微阵列在制药特别是在是药物动力学、毒性和抗肿瘤试验等方面,是一项很有前景的技术。

3D生物打印机的组织模型和药物用途的微阵列,不牵涉到较难泄漏有价值的涉及临床数据的安全性和伦理问题的容许。商业产品如生物打印机微肝和-kidney阵列最近已引发了几家公司的兴趣。  5.插入式血管  生物工程的组织内生产3D血管网络,对于重制后保证的组织存活及准确拷贝人类形态是适当的。

它专心于填充2D细胞层或生物打印机3D网络,这使得高水平的空间掌控以求展开。然而,生产具备血管网络的可必要与患者动脉或静脉连接的的组织是众多挑战。  目前,血管构成被指出是将的组织工程大规模切换为临床应用于的主要障碍之一。

麻省理工学院及哈佛大学的生物工程师JeroenRouwkema和AliKhademhosseini说道,似乎,在工程的组织内展开有效地线条的方法,构建了对血管结构初始的组织最低水平的掌控。  血管网络的生产,目前早已探寻出有多种方法来模式血管细胞  当谈到工程的组织的血管网络,认识到质量比数量更加最重要的是特别是在必须推崇的。关键的不是的组织中的等价体积的血管结构数量,而是通过血管网络灌入的血液量和该血液在的组织体积中的产于。

因此,血管网的较好的组织与成熟期才是最重要的。在研究中,如果血管分解受到过度性刺激不会造成血管数量过多,示踪剂灌入实验指出,这样的血管灌入效果是很差的。


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