近幾年間，3D打印技術(shù)在全球范圍內(nèi)一躍成為新焦點(diǎn)，我國(guó)在“十三五”規(guī)劃中也重點(diǎn)提及打造3D打印生態(tài)鏈。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020年全球3D打印市場(chǎng)價(jià)值將超過(guò)200億美元，而生物醫(yī)療3D打印市場(chǎng)將持續(xù)保持高比例增長(zhǎng)。
不同于我們所熟知的工業(yè)及消費(fèi)級(jí)3D打印技術(shù)，生物3D打印技術(shù)是一種融合材料學(xué)、細(xì)胞學(xué)、工程學(xué)以及3D打印等多學(xué)科和領(lǐng)域的新型再生醫(yī)學(xué)工程技術(shù)。先通過(guò)計(jì)算機(jī)處理CAD數(shù)據(jù)模型，將三維模型分為多個(gè)二維層面，再以細(xì)胞或者生物構(gòu)造塊等活性材料為原材料，按照二維層面逐層累加材料，以重建人體組織和器官等生物產(chǎn)品。
隨著全球醫(yī)療健康產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，生物3D打印技術(shù)逐漸受到青睞，在醫(yī)療模型、假肢、齒科手術(shù)模板、顱骨、頸椎人工椎體及人工關(guān)節(jié)等方面應(yīng)用前景可觀，實(shí)用性、可替代性都極具優(yōu)勢(shì)。對(duì)此，上海大學(xué)快速制造工程中心胡慶夕教授認(rèn)為：“組織缺損是人類健康面臨主要危害之一，生物3D打印是解決組織缺損的重要方法，從而實(shí)現(xiàn)自身有功能的活體組織的永久性替代，實(shí)現(xiàn)組織缺損的完美形態(tài)修復(fù)。”
生物3D打印技術(shù)突飛猛進(jìn)
近期，生物3D打印公司Organovo通過(guò)臨床數(shù)據(jù)，證明了生物3D打印人肝組織植入物是如何生存和維持功能的。其首席戰(zhàn)略官和執(zhí)行副總裁Eric Michael David解釋說(shuō)，“我們的臨床數(shù)據(jù)表明了血管和組織移植的可能性，并意味著3D打印組織能鼓勵(lì)血管生長(zhǎng)和骨髓融合。”預(yù)計(jì)，Organovo公司生物3D打印肝臟組織可以在2019年左右通過(guò)FDA的審核。
2016年12月11日，中組部首批“千人計(jì)劃”國(guó)家特聘專家康裕建教授代表四川省生物增材制造產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院、四川藍(lán)光英諾生物科技股份有限公司、四川大學(xué)華西醫(yī)院再生醫(yī)學(xué)研究中心向全球發(fā)布了由其團(tuán)隊(duì)承擔(dān)的3D生物打印促進(jìn)人工血管內(nèi)皮化的研發(fā)項(xiàng)目取得的重大突破：全球首創(chuàng)依托干細(xì)胞生物墨汁技術(shù)構(gòu)建的3D生物打印血管成功植入恒河猴體內(nèi)，實(shí)現(xiàn)血管再生?？翟＝ń淌谡J(rèn)為，這項(xiàng)干細(xì)胞應(yīng)用技術(shù)的突破標(biāo)志著在世界范圍內(nèi)3D生物打印技術(shù)在臨床應(yīng)用的開(kāi)啟，同時(shí)將引領(lǐng)干細(xì)胞制造組織、修復(fù)器官的再生醫(yī)學(xué)新時(shí)代。
此外，哈佛大學(xué)的Jennifer Lewis實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家邁出了創(chuàng)建人工腎臟的第一步。通過(guò)3D打印機(jī)，Jennifer Lewis和她的同事創(chuàng)建出了腎小管，能夠?yàn)檠毫鲃?dòng)提供血管網(wǎng)絡(luò)，一定程度上可以代替生物捐獻(xiàn)腎臟。要完成3D打印腎小管，首先要在室溫下用一種含有人類干細(xì)胞的凝膠支撐3D組織網(wǎng)格。隨后再使用另一種可在冷卻時(shí)變成液體的凝膠流出網(wǎng)格，以留下可生長(zhǎng)的血管。將材料封閉在細(xì)胞外基質(zhì)中，將生長(zhǎng)因子加入到中空通道中，以促使干細(xì)胞分化成特定的細(xì)胞類型。這種3D打印的腎小管可以存活超過(guò)兩個(gè)月。
生物3D打印成為“新風(fēng)口”
再過(guò)去的幾年中，生物3D打印領(lǐng)域已經(jīng)取得了諸多重大突破，如3D打印人類皮膚、骨骼、甚至是功能齊全的甲狀腺，這些都為實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜或獨(dú)特結(jié)構(gòu)的器官打印鋪平了道路。隨著技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)家正在逐步攻克器官打印難題，未來(lái)生物3D打印可替代功能器官或許并不是夢(mèng)。
除了提供一種創(chuàng)造可行的人體器官的方法外，生物3D打印還是進(jìn)行先進(jìn)藥物測(cè)試程序的關(guān)鍵。生物學(xué)家現(xiàn)在可以3D打印人類干細(xì)胞組織來(lái)有效的測(cè)試某些藥物對(duì)人體器官的影響，如科學(xué)家3D打印出功能類似于人類肝臟的一部分組織之后，將某些藥物注射到這些組織中并觀察其的反應(yīng)。這種測(cè)試藥物的方法比在動(dòng)物身上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)更有效果，同時(shí)，還不會(huì)受到倫理的譴責(zé)。
因此，美國(guó)食品和藥物管理局(FDA)與各大公司展開(kāi)合作，為更好地將3D打印技術(shù)應(yīng)用到醫(yī)藥與醫(yī)療領(lǐng)域，比如推出3D打印藥丸、3D打印植入物、3D打印器官和組織等。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，目前北美在全球生物3D打印市場(chǎng)中占據(jù)最大份額，2015年估值接近1億美元。在2016年至2022年期間，全球市場(chǎng)預(yù)計(jì)將以35.9％的年復(fù)合增長(zhǎng)率進(jìn)行增長(zhǎng)。
生物3D打印無(wú)疑已經(jīng)成為“新風(fēng)口”。在2017年3月7日于上海舉辦“OFweek 2017中國(guó)3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)大會(huì)”上，胡慶夕教授將具體介紹生物3D打印的研究意義和研究現(xiàn)狀，并對(duì)國(guó)內(nèi)外最新進(jìn)展情況進(jìn)行詳細(xì)解讀，探討生物3D打印技術(shù)的產(chǎn)業(yè)機(jī)遇！
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