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本帖最后由 LY-tomorrow 于 2013-4-23 08:55 编辑

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人体生物细胞、器官、组织的3打印技术原理


     在TED上有个非常红火的视频,就是关于生物器官的3d打印及移植。大家可以去南极熊3d打印网上的这篇报道   《用3d打印出人的肾脏,并且存活了》


     
下面我们来以骨骼工程为例来说说3D打印技术在生物体器官上的应用。


     骨组织工程技术采用组织工程多孔支架复合种子细胞及生长因子构成骨替代物,移植填充骨缺损部位,以复、保持和改善组织功能,其中组织工程多孔支架是种子细胞浸润、营养物质渗透及组织长人等组织工程技术重要环节所赖以进行的环境,其孔隙结构应与植入部位具有相似性,以适合血管的长人,满足材料内部营养物质的供给和交换的需要。传统制备骨组织工程支架的方法很多,如纤维粘接法、乳液冷冻干燥法、溶液浇注/沥滤法、气体发泡法、热致相分离法、静电纺丝法等吼但无论运用何种方法,制备的支架都不具备一致的内部结构,其外部结构也不能与患者骨缺损部位的解剖结构吻合,以至于不能实现支架个体化制造与生产的要求;而采用以CT或MRI影像数据资料为基础的3d打印技术则可设计加工出具有与患者缺损区相适配的外部轮廓及适于种子细胞生存、组织渗透及血管长入之多孔及多管道内部构造的骨组织工程生物支架。用RP技术制作的人工骨具有的突出特点是微孑L的数量、大小、分布及形状可人工控制。这种人工骨不但与被代替骨形状基本一致,而且具有极好的生物相容性和生物可降解性,可以逐步被人体再生骨组织替代。由于其内部具有微孔结构,组织液和骨细胞容易长人,这种载体框架结构可以创造一种微环境,有利于细胞的黏附、增殖和功能发挥,以此达到组织工程骨的并行生长,加速材料的降解和成骨过程,促进骨组织的修复。Shor等人分别以聚乙酸内酯和聚乙酸内酯/羟基磷灰石为材料,设计制备了具有均匀分布、相互联接的多孔组织工程支架,孔隙率达60%~70%;羟基磷灰石的加入有效提高了支架的抗压性能,与胎牛成骨细胞复合培养11 天后发现支架表面及浅表微管有细胞黏附增殖。Hollander等人利用RP技术制备了钛合金(Ti一6AI一4V)骨组织工程多孔支架,具有较好的生物力学性能,Young氏模量达到(118.000_+2.300)MPa,与人成骨细胞共培养14d后,支架表面和微孑L内有大量细胞黏附增殖,细胞形态良好。

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人体生物细胞、器官、组织的3打印技术原理


      复合药物的骨组织工程支架和细胞打印技术是RP技术在组织工程方面的2个研究分支。复合药物的骨组织工程支架,又称为载药人:E骨,通常填充于各种原因所致的骨组织缺损,可发挥修复骨缺损和局部释放药物治疗的作用,具备药物释放时局部浓度高、全身血药浓度低、降低药物副作用等优点,因此受到广泛关注并应用于骨科感染、肿瘤、骨折和人工关节置换等领域。受传统制备技术(直接灌装法、溶剂浇铸法和真空吸附冻干法等)的限制,药物通常简单分散在组织工程支架中,药物释放缺乏可控性。RP技术可以在计算机的辅助下精确制备具有特定空间结构的组织工程支架。利用该特点,Huang等、wu等设计了含有多种药物分布区域的载药人工骨结构,利用三维打印技术在常温下逐层粘结聚乳酸粉末,并将不同药物精确喷置于载药人工骨相应部位,分布在不同部位的药物由外到内逐一释放,体外与家兔体内药物释放实验均表现出良好的药物缓释和控释性能。

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细胞3D打印技术


      细胞打印技术,又称器官打印,是目前的二个研究热点。Boland等根据RP技术原理结合改良的喷墨打印机,利用CaCl:与凝血酶溶液分别促进藻酸与胶原蛋白原交联凝结的特点,以CaCl:或凝血酶溶液、细胞悬液作为生物墨水,在计算机的辅助下,按预先设定的三维数据模型在藻酸或胶原蛋白原溶液平面上进行定点喷置;在局部藻酸或胶原蛋白原发生凝固沉降于载物台上形成一薄层的同时,进行管道结构铺设与细胞定位;再通过逐层叠加技术最终构成具有内部管道结构和精确细胞分布的与人体器官结构高度相似的细胞一凝胶复合物。Yan等、Wang等采用类似的快速成型技术,以复合肝细胞的凝胶朋旨多糖为基质,制备了高度仿生人工肝组织工程复合物,具有特定细胞分布和类似肝内胆管的孔隙结构。该技术突出的优点是:在构建多孑L支架的同时可以对细胞进行精确定位,不但在表面而且在支架内部也可以含有细胞,这就为实现多种细胞的合理空间分布提供了可能;可以构建类似于自然组织中存在的血管等管道结构,且管道分布、管径及孔隙率人为可控,便于复合物内部细胞与外界环境进行氧气、营养与代谢产物的交换以及为进一步培养形成血管结构乃至最终产生相应的生理功能奠定基础。(如果对3d打印生物组织感兴趣,可联系伍卫刚、郑启新)

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