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进入前临床实验阶段的PrintAlive 3D生物打印机

放大字体  缩小字体 发布日期:2014-11-19  浏览次数:167
核心提示:3D生物打印是诸多3D打印技术中最引人瞩目的一种,这要归功于它在许多医疗领域中的应用前景。虽然许多生物打印技术仍然还处于理论

3D生物打印是诸多3D打印技术中最引人瞩目的一种,这要归功于它在许多医疗领域中的应用前景。虽然许多生物打印技术仍然还处于理论阶段或者还需要几年才能进入实际应用,但是其中有一项革命性的创新距离真正进入人类医疗体系已经近在咫尺,它就是PrintAlive 3D生物打印机。

PrintAlive 3D生物打印机刚刚不久前获得了2014James Dyson奖的第一名,James Dyson奖是专门针对设计工程专业学生的国际设计竞赛。PrintAlive 3D生物打印机是由两名加拿大学生发明的,其能够制造人造皮肤移植物,避免皮肤移植的所有不良后果。因此,它不仅能够改善烧伤患者的状况,还有可能挽救病情危重患者的生命。

延伸阅读:《可用于皮肤移植的PrintAlive 3D生物打印机

最显著的一点是,该设备能够在一段相对短的时间内大量生成可移植的皮肤细胞,而其他生长细胞的方法则通常需要数周的培养,据天工社所知,这种时间的拖延往往会使很多患者伤情恶化。正如打印机的发明者指出的那样:“对于一些严重的烧伤患者,其皮肤的表皮和真皮层往往都受到严重破坏,加速伤口缝合是有利于患者治疗,降低死亡率的关键烧伤后,患者的生存率与伤口稳定所需时间和烧伤面积成反比关系,烧伤面积每增加10%,烧伤患者的生存可能性就降低10%。”

除此之外,她们的3D打印皮肤混合物还有其他的优势。由于PrintAlive使用患者自身的细胞,从而减少了感染,甚至排异的风险。同时它还能有效降低治疗成本。发明者解释说:“我们能够高度集中地定位投放人体细胞,而不是在整个面上均匀地填充,从而将所需细胞的数量减少了75%。同时也使的移植手术的准备时间相应地减少。”

最后,它避免了从患者身上取下来健康的皮肤。目前的烧伤治疗为了取得可移植的皮肤往往要在患者身上再开第二个伤口。对于一些患者而言这是有问题的,尤其是那些大面积烧伤的患者。目前40%烧伤或50%烧伤的病人一般需要在医院内治疗80100天,而这种新方法将治疗时间减少到几个星期。

由于PrintAlive 3D打印机具有如此诱人的应用前景,它已经在临床医学领域引起了广泛的关注。据天工社了解,两个多月前,它还只是一台工作原型,如今已经进入到进入医疗应用前的“前临床试验”阶段。如果一切顺利的话,将在未来两年内开始对患者的第一次临床试验。虽然很难准确预测,但这可能意味着,这种革命性的治疗烧伤患者的方法,可以在五年内进入大规模应用。不过,要达到这一 目标,他们还需要找大量的资金支持和医学研究人员的参与。

这台PrintAlive 3D生物打印机是由两个多伦多大学的工程专业学生(专业方向分别是机械和生物医学工程)共同开发的。她们是: Arianna McAllisterLian Leng。 它开始是两个人的MASc硕士项目,这之后Leng将其作为博士项目继续进行研究。自项目开始以来,已通过了多伦多大学的科学家和加拿大最大的烧伤患者治疗中心——多伦多的 Ross Tilley烧伤中心——的专家的实验。

Ross Tilley烧伤中心的负责人Marc Jeschke博士认为,这种3D打印机看起来很简单,但是可以彻底改变目前许多仍然很原始的治疗方式。目前的皮肤移植往往会留下疤痕,而且整个过程既痛苦又昂贵,时间长达一周。而PrintAlive可以改变这一切。它可以以更快的速度生产出皮肤,价格更低,比较容易被患者接受,而且与真的皮肤一模一样。

它是如何工作的? PrintAlive生物打印机与传统的挤出式3D打印技术还是有一些相似之处的。但是,这台3D生物打印机并不是像FDM 3D打印机那样一层层地堆积可移植皮肤。而是挤出一种被称为“活绷带”的水凝胶。该凝胶是由生物聚合物、人角质形成细胞(一种皮肤细胞)和成纤维细胞(即在伤口愈合中起关键作用的蜂窝结构体)混合而成的。 

然后该混合物以3D结构被挤出,在医疗专业的眼光看来,它很象人类皮肤的外层——表皮和真皮层。在挤出过程中,该混合物被打印成离散和清晰的蜂窝结构体,以模仿实际的皮肤细胞。这使得它成为治疗烧伤患者特别有用的物质,因为它可以简单地覆盖在烧伤创面上。

红色溶液(右)包括了从患者身上采集的皮肤细胞。

这些形成在打印中使用的基本“线材”。通过在实验室中进行分析和繁衍,这些材料将与充当支架的生物聚合物结构相结合。Jeschke告诉记者,“你基本上可以把各种细胞放进这个生成的三维矩阵中,然后它可以植入病人身上。”

 

研究人员希望将更复杂的组织层添加到皮肤带,比如毛囊和汗腺。

这整个过程听起来已经很完善,目前的研究主要集中于如何快速获得足够的细胞。“目前的问题是如何将得到的细胞以超出常规的速度进行繁衍和发展.Jeschke解释说。同时,他们也正在研究更复杂的皮肤层,如毛囊和汗腺等。

 
 
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