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      中外對比,生物3D打印發展趨勢如何?
      責任編輯:Normanbell ZW 日期:2019-12-13 10:22:10
      來源: 諾普再生醫學

      醫療生物3D打印是再生醫學、材料科學、機械學等多學科融合基礎上發展出來的一種跨學科和領域的新興再生醫學工程技術。該技術把人造組織和生物器官進行三維圖像數字化,隨后利用計算機輔助設計三維模型,并對模型進行分層和數控編程,以加工活性材料包括生物材料、生長因子、細胞等為主要內容,最終制造出具備生物功能的人造組織或器官。
       
      ▲諾普再生利用生物3D打印技術打印的耳朵

      重任
      今天,我們看到全世界器官移植的需求激增,據權威統計,每年全球有600多萬病人在等待器官移植,中國也有150萬病人在等待移植,移植器官滿足率僅為1比150。
       
      《中國科學院院刊》數據表明,每年約有500萬人皮膚燒傷、燙傷;
      《中國心血管病報告2016》數據表明,每年約330萬人死于心腦血管疾??;
      《中國腫瘤臨床與康復》數據表明,每年約429萬人新發癌癥,281萬人死于癌癥;
      《中國腫瘤》數據表明,每年約10萬人罹患惡性血液疾??;
      《中國工程科學》數據表明,每年約30萬人等待肝移植,獲得移植者僅3000余人;
      《Gainp et al.JAMA Ophthalmol.2015》數據表明,每年約200萬人等待角膜移植,獲得移植者僅4000余人。

      令人惋惜的是,這些血淋漓的數字每年還在上升!
       
      延續
      人類對于生命的探索從未停止,隨著醫療手段愈發先進,人類壽命也正在不斷的延長。在人體器官發生衰老、疾病及不可控意外的現況下,人體組織修復的需求有著巨大的增量,因此,近年來,被成為第三醫療手段的——醫療生物3D打印技術獲得了國內外專家的廣泛關注。

      從技術層面來說,醫療生物3D打印從學術界經過了數十年的積累目前已經逐漸在臨床應用層面進行轉化,構建人體組織器官,包括骨、軟骨、皮膚、血管等已經取得了較大突破。

      ▲生物3D打印三步曲

      醫學影像的發展,不僅改變了術前診斷的方式,更徹底顛覆了手術的面貌,伴隨著工程學與再生醫學的發展,多維度的思考與認知,讓科學家開始了一個大膽的嘗試——打印細胞。

      "我們用3D打印的技術指導把他一顆復雜的先心的病變能夠在術前展示出來,盡量減少手術的風險,同時做到手術的精確性"——美國明尼蘇達醫學院心臟移植中心 廖康雄主任


      目前,也有越來越多的科研界人士認為,該技術能夠成為研究人體組織器官的有效工具,無論是材料、細胞、打印機等,都成為目前的熱點,較多額科研經費和產業訴求也為此不斷傾斜。


      現狀

      醫療生物3D打印在國外的發展情況是比較成熟的。由于國外在該領域及涉及的周邊領域有著比較早的起步和比較長的行業積累,相關的法律法規更加完善,政府支持力度很大,由此誕生了許多有著巨大前景的創新型科技公司,如Organovo、CyfuseBiomedical、Allevi、Aspect Biosystems等。
       
      回顧
      1982年,美國猶他大學醫學中心的威廉·德夫里斯博士領導的一個手術小組,給一名叫克拉克的心臟病患者植入一顆名叫賈維克的人類第一個人造心臟,開創了人造心臟移植的先河,震驚了世界。
      1984年,美國規定,只能用賈維克人造心臟作為過渡,使垂死病人延長生命,等待移植人心。
      1991年1月美國亞利桑那大學醫學中心和猶他大學美德福特研究基金會聯合成立了卡迪奧威斯特公司,在賈維克人造心臟的基礎上推出了卡迪奧威斯特人造心臟。
      1993年1月11日,亞利桑那大學醫學中心為一名46歲的婦女移植了第一顆卡迪奧威斯特人造心臟作為等待真正心臟的過渡手段。
      1993年8月11日,加拿大渥太華心臟研究所宣布,他們研制成功了第一顆永久性的人造心臟。它能植入人體體內,并維持病人一生的生命。
      1995年10月23日,一位64歲的英國退休電影制片人成為世界上第一位接受永久性電動人造心臟的人。
      1998年底,美國德克薩斯州著名的外科醫生邁克爾·德巴凱和美國宇航局的科學家們共同研制成功一種只有三號電池那么大的全植入式人造心臟。它的植入的就是世界上首顆可以完全代替心臟功能并能完整植入體內的人造心臟。

      人造心臟的發展是失敗與教訓的集合,更是一次次大膽的嘗試。人造心臟目前雖然有著可喜的成績,但是,科學家不會滿足將生命托付于未知的電流,哪怕千萬分之一。


      突破
      2019年,4月23日,全球的生物3D打印領域科學家沸騰了。
      以色列特拉維夫大學的科學家們利用3D打印技術,造出一顆mini版“心臟”,更驚喜的是,這一“人工心臟”具有細胞、血管、心室和心房。雖然這一人工心臟很小,類似于兔子心臟的大小,但是科學家們希望沿著這一突破,未來有一天能夠研發出適合臨床移植的“人造心臟”,以及能夠契合、修復有缺陷心臟的“補丁”。

      人民日報點評:
      器官移植不僅包括心臟,還包括肝臟、腎臟等。此次研究人員在器官打印方面嘗試著“啃了塊最硬的骨頭”。從術前分析所用的醫學模型到植入人體的鈦合金骨骼,從簡單的組織再到功能復雜的器官,科研人員在生物打印領域不斷實現新突破,也給患者帶去了新希望。

      踏浪
      相較于國外比較成熟的行業體系,國內醫療生物3D打印發展仍有一定差距,目前處于產業化初期階段。在科技強國的大方針下,醫療生物3D打印作為前沿生物技術,無論在學術界還是科研界都取得了較大的突破。

      ▲道力所限,要靠愿力突破

      近幾年,在我國國務院印發的《“十三五”國家科技創新規劃》和《“十三五”國家戰略性新興產業發展規劃》中也把增材制造作為一項重要研究領域,在今年,科技部變個性專項舉措中,也明確提出了醫療生物3D打印技術在生物前沿技術研究的重要性。

      隨著相關法規的不斷完善、科研經費的加大投入、生物3D打印行業協會標準的制定,未來會有越來越多的產業人士參與其中,實現集學術、研究、產業為一體的創新合作體系。

      "因為人,通俗一點來講,就是我們人從胚胎,它就是從干細胞來的,它是發育人最原始的細胞,干細胞最大的優點,它可以在體外大規模的擴增而不喪失他的功能,同時,還可以定向誘導分化,我們可以把這些原始干細胞,分化成肝臟、腎臟等各種組織與器官。"——組織工程國家工程研究中心 曹誼林主任

      "我們可以在利用生物3D打印技術在體外培養沒有排異反應的心臟植入到病人的胸腔內,這樣心臟就可以無限制的生存下去,我覺得這個會是今后心臟移植或者其他器官移植的最終極發展方向和最根本的改變。"——美國明尼蘇達醫學院心臟移植中心 廖康雄主任


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