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致力于心脏病领域3D打印新产品,3D生物打印新突

北京时间12月28日消息,据国外媒体报道,在全球范围内,需要器官移植的病人数量远大于愿意捐献器官的人们,部分原因是一些需求性最大的移植器官仅能由人们死亡之后提供。举例来说,英国心脏基金会的最新数据表明,过去10年,英国需要心脏移植的患者人数增长了162%。

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目前,首次成功完成心脏移植手术已有50年时间,专家认为,我们可能接近一个不再必须进行器官移植的时代。英国牛津大学约翰·拉德克利夫医院斯蒂芬·维斯特比说:“我认为在十年之内,除了患有先天性心脏病的患者之外,我们不会再看到更多的心脏移植手术,对于患者而言,只要有一颗新的心脏就行。”

最近,以色列特维拉夫大学的科研人员使用人体组织制造出了世界上第一颗3D打印心脏,给需要通过“换心”来延续生命的晚期心衰患者带来了新希望。

近几年,3D打印技术特别在人体器官打印方面的应用研究成为社会关注的焦点。近日,医疗设备公司BIOMODEX宣布获得1500万美元的A+轮融资,投资方包括欧洲投资公司Idinvest Partners和InnovAllianz。本轮融资将用户在心脏病领域开发新产品,并开设新的制造厂。

金沙国际唯一官网网址,当然,维斯特比并不想让器官移植的所有患者“忘恩负义”,相反,他表示自己是一个“伟大的心脏移植支持者”。然而,最新的医学技术发展可能提供更多的选择,从而节省更多的时间、金钱和生命。

金沙国际唯一平台官网登录,自上世纪60年代前后的首例肾脏和心脏移植手术相继成功以来,器官移植的临床技术日臻完善,手术成功率也在不断提高。然而在很多国家,器官等待者和捐献者的数量相差很大。即便有幸等到合适的器官并成功移植,术后的排异反应也仍然会对患者生命构成威胁。多年来,实现器官的完全“复制”,成了医学界的梦想。

BIOMODEX 是法国的一家医疗设备公司,使用3D打印技术打印患者的患病器官。基于医学成像CT扫描或回声、生物力学等,打印器官和周围组织,打印出的材料可以模拟真实器官的生物特性。

维斯特比在接受媒体记者采访时说:“我认为心脏泵和干细胞结合在一起,可能是一个很好的替代方案,可以帮助更多的人。”

2010年,全球首台生物打印机使用培养的人体细胞制造出首例血管,使得3D打印人体器官成为可能。2013年,一位心脏病专家完成了第一颗3D打印“心脏”,不仅外观与患者心脏高度吻合,还能够怦怦跳动。不过,这个用塑料制成的“心脏”,仅可用于研究手术方案。确切地说,它只是一个“心脏模型”。

这套方案主要应用于术前规划。BIOMODEX 的 CEO Thomas Marchand认为,这种有针对性的3D打印器官技术,可以帮助外科医生更好地了解患者的独特解剖结构,因此他们将能够选择最佳方式规划复杂的手术。无论是脑动脉瘤还是结构性心脏缺陷,这套方案都将帮助外科医生选择最佳的医疗设备并模拟操作,降低手术风险。

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最新打印出来的这颗3D心脏不仅有细胞、心室和心房,还有着纵横交错的血管。本次打印所用的“墨水”,源于患者体内提取的脂肪组织。其中,分离出的细胞在经过编辑之后成为诱导多能干细胞,之后又分化出构成心脏主体的心肌细胞和构成血管的内皮细胞。分离出的非细胞成分则被转化为了“个性化凝胶”,它如同盖房子的“水泥”,能够固定细胞的位置,并起到细胞外基质的作用,促进这些“小砖头”发育生长,建立连接,最终重组为功能器官。由于打印“原料”来自患者自身,因此不用担心排异反应的发生。

除了BIOMODEX在做的将这一技术用于模拟手术操作外,生物3D打印技术还被医学界认为是治疗终末期器官功能障碍的突破口之一。

在这些先进的医学技术中,最重要的是继续使用干细胞具有一定潜能,但却存在争议性。并且干细胞应用在某种程度上是有限的,目前实验表明,在实验室里用干细胞培育器官是可行的,之后这些器官可以进行移植。

不过,这颗3D心脏目前仅具备收缩功能,研究人员还需通过进一步的培养,“教”会心脏细胞协同工作以实现泵血功能,之后再进行动物移植实验。距离真正应用于人类心脏移植,还需要做更多的工作。除了心肌细胞和血管之外,心脏还包括成纤维细胞、神经细胞、脂肪等,如何调和不同种类细胞的生长环境尚有待研究。此外,由于心脏扫描技术和打印机的分辨率有限,目前还不能打印出心脏中的所有血管。

此前,组织器官移植是治疗终末期器官功能障碍唯一有效的方法,但供体器官缺乏、组织相容性问题等原因严重限制组织器官移植的发展。人们正试图从机械器官替代、异种器官移植、组织工程和再生医学等方面来打破组织器官移植的瓶颈,其中3D打印与干细胞移植相结合的技术可能代表了未来研究的突破方向。

同时,研究人员使用另一种技术方案——3D打印,能够制造出人造器官。当3D打印应用于医学领域,这项技术被称为3D生物打印,并且3D打印技术在新兴技术领域已取得了相当可观的成绩。

器官移植不仅包括心脏,还包括肝脏、肾脏等。此次研究人员在器官打印方面尝试着“啃了块最硬的骨头”。

3D打印在生物医疗方面的应用还有很多。2017年5月,西北大学将3D打印的卵巢移植到了老鼠体内,成功产下小鼠,希望有一天可以用类似的技术帮助有生育困难的女性人类;今年6月,纽卡斯尔大学的研究员首次用3D打印造出眼角膜,虽然移植应用还需时间,但这项技术有望在将来治愈因角膜受损而失明的患者。据IDTechEx预测,到2025年,全球3D打印市场需求为70亿美元,预计其中一半来自3D生物打印领域。

到目前为止,科学家已成功3D生物打印一些器官组织,其中包括:甲状腺,已植入患者体内的胫骨替代物,以及能够让心脏真实跳动的细胞组织。所有这些3D打印器官都可以通过生物墨水进行改良处理,这是我们未来几年里可预期的改进之一,目前已形成相应的运行机构致力于推进3D生物打印技术。

从术前分析所用的医学模型到植入人体的钛合金骨骼,从简单的组织再到功能复杂的器官,科研人员在生物打印领域不断实现新突破,也给患者带去了新希望。

其它技术是尽可能制造人造器官,其中包括:2016年研制的生物人工肾技术。在维斯特比的研究中,他参与了几个项目,将继续改善这一过程,其中一个项目是使用干细胞逆转心脏组织的瘢痕化,这将改善冠状动脉旁路手术患者的身体恢复。同时,他还致力于开发更好的硬件,用于手术治疗,其中包括:廉价的钛机械心脏泵。

随着3D生物技术的快速发展,这样的创新技术将有助于弥补捐献器官短缺现象。再生医学的未来是人造合成器官,它能够更简单、费用更低、更可靠地满足患者需求。

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