生物3D打印守護你的健康

  隨著當下熱衷運動的都市白領(lǐng)越來越多，與韌帶損傷相關(guān)的骨骼損傷發(fā)生率日益增多。由于韌帶損傷并不致命，短期乃至中遠期的影響也往往局限于一部分運動功能受限。不少市民乃至運動達人對于韌帶的保護意識很是淡漠。維護關(guān)節(jié)穩(wěn)定、加強關(guān)節(jié)保護的韌帶一旦斷裂，扭傷、摔倒，無法發(fā)力等情況將不斷出現(xiàn)。

  膝關(guān)節(jié)是人體的承重關(guān)節(jié)，而且由于活動范圍大，其結(jié)構(gòu)使它們在沖擊下更加脆弱。因此，膝關(guān)節(jié)在體育運動中常易損傷。如果把韌帶想象成一小捆交叉在一起的、細小的、充滿彈性的橡皮筋，平時走路、跑步之類都靠它來控制。一旦太突然、或者太強烈的運動導致關(guān)節(jié)處的骨頭被牽拉得太過分離，韌帶的纖維就會被撕裂。

  一般的韌帶損傷會引起腫脹、疼痛和肌肉痙攣，普通的拉傷只是肌纖維的斷裂，恢復起來比較快。而韌帶拉傷則是骨頭和骨頭之間的連接出了問題，像疊積木一樣，完全分離成兩個不同的部分。在職業(yè)體育中，尤其是在足球、籃球、武術(shù)摔跤等運動項目中高發(fā)。

  3D打印正在改變醫(yī)生和科學家對普通傷害的治療方式，例如韌帶撕裂。最近，昆士蘭州的研究人員了一種3D打印關(guān)節(jié)軟骨的新方法，這可以大大縮短關(guān)節(jié)炎和關(guān)節(jié)損傷手術(shù)后的恢復時間——這只是世界范圍內(nèi)涉及使用3D打印進行研究的一個例子。

  韌帶撕裂在運動中十分常見但卻難以治療。目前的標準是用肌腱取代韌帶撕裂，但這可能會導致其他一系列的問題。新墨西哥大學的科學家Christina Salas博士說：“隨著時間的推移，肌腱會開始伸展，并在關(guān)節(jié)中變得松弛，然后（肌腱）會再次變得不足。”

  Salas博士目前在新墨西哥大學通過學生和教授的幫助下致力于創(chuàng)造3D打印韌帶，并開發(fā)了一種涉及靜電紡絲的特殊技術(shù)，它使用電力來制造纖維。

  3D打印韌帶

  “我們在生物3D打印機中添加的近場靜電紡絲技術(shù)實際上產(chǎn)生了高度對齊的纖維，可以復制韌帶組織?！盨alas博士說。醫(yī)生可以對患者受損的關(guān)節(jié)進行CT或MRI掃描，并使用3D打印創(chuàng)建出精確的韌帶。這種合成的3D打印韌帶不會磨損或削弱，適用于微創(chuàng)手術(shù)。但是Salas博士及其同事目前面臨的最大挑戰(zhàn)是如何將3D打印韌帶連接到骨骼上。Salas博士的研究不僅僅只是人造韌帶，還涉及使用患者自己的干細胞3D打印新組織。

  醫(yī)療產(chǎn)業(yè)新動能

  生物打印起源于21世紀初。當時研究人員發(fā)現(xiàn)活體細胞可以通過噴墨打印機的噴嘴噴出而不會受損。今天，使用多個打印頭，將不同類型的細胞連同保持細胞結(jié)構(gòu)不變的聚合物一起噴射出來，就可以使細胞一層層沉積，最后結(jié)合在一起生長成為活體功能組織。各地的研究人員都在嘗試打印腎臟和肝臟組織、皮膚、骨骼和軟骨，以及保持人體器官存活所需的血管網(wǎng)絡。

  生物3D打印技術(shù)是一種平臺性的關(guān)鍵共性技術(shù)，最終目標是實現(xiàn)整合醫(yī)學、工程學、電子學、生物學來“打印”出一個跟人的器官或者組織完全一模一樣的替代品，用于組織修復、器官移植。

  在醫(yī)療領(lǐng)域，3D打印技術(shù)目前已廣泛應用于骨外科、神經(jīng)外科、整形外科、高端醫(yī)療器械零部件等領(lǐng)域中，但在組織工程學應用方面仍面臨許多技術(shù)難題。如在組織器官3D打印中的材料、細胞及生長因子精準配比技術(shù)及生物制造平臺技術(shù)等。生物3D打印技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的創(chuàng)新應用雖然具有很好發(fā)展前景,但目前成本仍比較高，速度、精度、產(chǎn)品耐用性尚需不斷提升，大規(guī)模應用還需要技術(shù)進一步創(chuàng)新和成熟。

  當3D打印的器官最終被實現(xiàn)時，它們將有可能使人們比以前更長壽。在此之前，生物3D打印技術(shù)能幫助人們提供更好的生活質(zhì)量。

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