“克隆人”時(shí)代來臨 3D打印骨骼肌肉血管

“克隆人”時(shí)代來臨 3D打印骨骼肌肉血管

　　巴西博士研究生豪爾赫·洛佩斯首創(chuàng)的利用一種稱為快速成型技術(shù)，將超聲波、和磁共振成像掃描成真人大小的石膏模型，在孩子未出生時(shí)，父母可以看到并“克隆”一個(gè)真人大小的未出生嬰兒的模型。

“克隆人”時(shí)代來臨 3D打印骨骼肌肉血管

何為3D打印技術(shù)？

　　三維立體打印屬于一種快速成型(Rapid prototyping)技術(shù)，是一種由CAD(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))數(shù)據(jù)通過成型設(shè)備以材料累加的方式制成實(shí)物模型的技術(shù)。這一成型過程不再需要傳統(tǒng)的刀具、夾具和機(jī)床就可以打造出任意形狀。它可以自動(dòng)、快速、直接和精確地將計(jì)算機(jī)中的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為模型，甚至直接制造零件或模具，從而有效的縮短產(chǎn)品研發(fā)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量并縮減生產(chǎn)成本。

　　三維打印機(jī)采用分層加工，疊加成型方式來“造型”，會(huì)將設(shè)計(jì)品分為若干薄層，每次用原材料生成一個(gè)薄層，再通過逐層疊加獲得3D實(shí)體。這一點(diǎn)它與噴墨打印機(jī)工作方法十分類似，3DP是一層一層地印，而噴墨打印機(jī)是一條直線一條直線地噴，通過若干直線的疊加形成圖像。它通過對(duì)電腦中三維軟件的識(shí)別，進(jìn)行STL(三角網(wǎng)格格式)轉(zhuǎn)換，再結(jié)合切層軟件確定擺放方位和切層路徑，并進(jìn)行切層工作和相關(guān)支撐材料的構(gòu)造。

　　最后使用噴頭將固態(tài)的線型成型材料加熱成半熔融狀態(tài)之后擠出來，和支撐材料自下而上，一次一層的構(gòu)鑄成最終實(shí)體。簡(jiǎn)單的說，可以理解為軟件把物體分成若干個(gè)橫截面，而三維打印機(jī)將這些橫截面一次一層的沉淀、堆積，最終形成我們所需的實(shí)體。

　　目前，3D打印技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，而且也出現(xiàn)了許多創(chuàng)舉，如打印人造肉、打印3D血管、打印人體骨骼以及制作生物模型等等，也許在不久的將來正的可以利用打印技術(shù)“克隆”一個(gè)完成的人。

　　打印機(jī)可以直接打印食物?別懷疑，你絕對(duì)沒有幻聽，因?yàn)檫@在不久的將來即將實(shí)現(xiàn)。據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，科學(xué)家使用創(chuàng)新3D打印機(jī)技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室培育出人造肉，鮮肉組織可在糖類物質(zhì)構(gòu)成的框架上生長(zhǎng)，口感與真肉十分相近。

這項(xiàng)技術(shù)可以生產(chǎn)出帶脈管組織的人造器官

　　血管依附于糖“框架”生長(zhǎng)，肉就圍繞著這些血管從內(nèi)向外生長(zhǎng)。這種技術(shù)能夠培育出具有真實(shí)肉紋理及口感特點(diǎn)的人造肉，同時(shí)該技術(shù)還可用于培育鮮活人體器官，比如用于手術(shù)移植的肝臟等。這種技術(shù)聽上去有點(diǎn)不可思議對(duì)吧!實(shí)際上這一技術(shù)就快成為現(xiàn)實(shí)了。

“從內(nèi)向外”生長(zhǎng)的方式來培育器官

　　由于一種3D打印技術(shù)取得了階段性的突破，在實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)出與真肉風(fēng)味無異的人造肉的這種想法已經(jīng)近在咫尺。科學(xué)家們表示，該項(xiàng)技術(shù)也可用來生產(chǎn)用于醫(yī)療移植的人造器官。

　　來自賓夕法尼亞大學(xué)的研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)糖類的3D打印模板以及于上面生長(zhǎng)的肉類這項(xiàng)技術(shù)可以生產(chǎn)出帶脈管組織的人造器官。其工作原理是將肉由內(nèi)向外“打印”出來，這樣便于先“打印”出脈管系統(tǒng)，從而使得肉可以圍繞著這些脈管系統(tǒng)生長(zhǎng)。研究員米勒(Miller)表示，“有時(shí)候要解決一些復(fù)雜問題，最簡(jiǎn)單的方法往往來自于一些基礎(chǔ)理論。”當(dāng)他去人體世界(Body Worlds)展會(huì)時(shí)得到了啟示。在那兒觀眾可以看到由塑料鑄件制做的完整器官脈管系統(tǒng)。”

　　目前，科學(xué)家們正在開發(fā)一種既十分剛性又能以三維圓柱細(xì)絲形式穩(wěn)定存在的物質(zhì);而且還要求這種物質(zhì)易溶于水并且對(duì)細(xì)胞無毒副作用。經(jīng)過多次測(cè)試之后，研究人員發(fā)現(xiàn)一種完美的糖類混合材料。米勒補(bǔ)充說到，“研究小組測(cè)試了許多不同分子式的糖類，最終將糖所有的性質(zhì)進(jìn)行了優(yōu)化篩選。”

　　資料顯示，目前并沒有單一形式的膠體物質(zhì)能夠匹配各種類型的工程器官，科學(xué)家們也希望能開發(fā)出一種能夠?qū)θ魏渭?xì)胞或水溶性膠體都兼容的單糖。研究人員說到，將人類血管細(xì)胞注入到該脈管網(wǎng)絡(luò)中，它會(huì)自發(fā)地產(chǎn)生新的愈傷組織，這與機(jī)體內(nèi)血管生長(zhǎng)方式幾乎無異。研究人員表示，對(duì)于如何將那些類型的脈管網(wǎng)絡(luò)與天然血管直接聯(lián)接目前還有許多機(jī)理尚不十分明了。深入地研究下去肯定會(huì)收到令人興奮的結(jié)果。

　　美國(guó)科學(xué)家使用糖類物質(zhì)作為“墨水”，可以打印出血管組織，未來他們還計(jì)劃在這種3D打印血管組織上植入活體器官，用于動(dòng)物體科學(xué)研究工作。

　　據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，下一個(gè)3D打印機(jī)的重大突破是什么呢?3D打印血管將帶給人們驚喜。2011年9月，當(dāng)人們關(guān)注德國(guó)研究人員如何建立可打印的血管組織時(shí)，來自美國(guó)麻省理工學(xué)院和賓夕法尼亞州大學(xué)的一項(xiàng)聯(lián)合研究取得了更近一步的成果，在這項(xiàng)最新研究中，研究人員使用糖物質(zhì)混合物和自制式3D打印機(jī)建立了一個(gè)完整的血管組織。

　　這種3D打印機(jī)使用糖物質(zhì)混合物作為“墨水”打印出所期望的血管組織，這種糖物質(zhì)的性質(zhì)可打印出模板，這是一種臨時(shí)性管狀網(wǎng)格模板。之后研究人員使用聚合物覆蓋在管狀網(wǎng)格模板上，來穩(wěn)定這個(gè)打印模板。一旦該打印模板穩(wěn)定下來，研究人員將活細(xì)胞放置在模板上，建立固態(tài)組織，這些糖物質(zhì)將溶解，僅留下一個(gè)網(wǎng)狀血管組織供液態(tài)物質(zhì)流動(dòng)。

　　該研究小組成員喬丹-米勒(Jordan Miller)接受《IEEE光譜》雜志記者采訪時(shí)稱，創(chuàng)新性打印血管組織的設(shè)計(jì)理念源自我們?cè)鴧⒂^過一次人體世界展，在這次展覽中，參觀者可看到呈現(xiàn)出來的塑料人體血管，從而激發(fā)我們使用糖類物質(zhì)按照類似的方法建立人體血管。研究小組的目標(biāo)是在3D打印血管的基礎(chǔ)上植入“活體器官”，從而進(jìn)行動(dòng)物體科學(xué)研究。>>

　　在不久的將來外科醫(yī)生們或許就將可以在手術(shù)中現(xiàn)場(chǎng)利用打印設(shè)備打印出各種尺寸的骨骼用于臨床使用。這種神奇的3D打印機(jī)現(xiàn)在已經(jīng)被制造出來了，而用于替代真是人體骨骼的打印材料則正在緊鑼密鼓地測(cè)試之中。相關(guān)論文發(fā)表在近期出版的《牙科材料》(Dental Materials)雜志上。

　　在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中，這種骨骼替代打印材料已經(jīng)被證明可以支持人體骨骼細(xì)胞在其中生長(zhǎng)，并且其有效性也已經(jīng)在老鼠和兔子身上得到了驗(yàn)證。未來數(shù)年內(nèi)，打印出的質(zhì)量更好的骨骼替代品或?qū)椭饪剖中g(shù)醫(yī)師進(jìn)行骨骼損傷的修復(fù)，用于牙醫(yī)診所，甚至幫助骨質(zhì)疏松癥患者恢復(fù)健康。

　　薩斯米塔·博斯(Susmita Bose)說：“如果醫(yī)生有一位病人的病變骨骼部位CT掃描圖像，我們就能將其轉(zhuǎn)為CAD圖紙并根據(jù)病人的病變情況制作相應(yīng)的代替骨骼。” 博斯是一位來自華盛頓州立大學(xué)的機(jī)械和材料工程師。

　　3D打印技術(shù)最近迅速興起，成為炙手可熱的新型產(chǎn)業(yè)，它可以打印的立體產(chǎn)品種類正迅速增加。為了打印骨骼材料，博斯和她的同事們使用了一臺(tái)商業(yè)銷售的ProMetal 3D打印機(jī)進(jìn)行測(cè)試。這種3D打印機(jī)最初的設(shè)計(jì)目的是為了打印金屬件。它會(huì)逐層噴灑塑料膠粒在一層粉末基底之上并逐層成型。每一層的厚度僅相當(dāng)于人的頭發(fā)絲寬度的一半。

　　這種骨骼支架的主要材料成分是磷酸鈣，其中還額外添加了硅和鋅以便增強(qiáng)其強(qiáng)度。當(dāng)它被植入人體內(nèi)之后可以暫時(shí)起到骨骼的支撐作用，并在此過程中幫助正常骨骼細(xì)胞生長(zhǎng)發(fā)育并由此修復(fù)之前的損傷，隨后這種材料可以在人體內(nèi)自然溶解。

　　科學(xué)家們花費(fèi)4年時(shí)間才找出這種材料的合適配方，其中涉及化學(xué)，材料學(xué)，生物學(xué)和工藝科學(xué)的諸多學(xué)科。這項(xiàng)研究工作得到了美國(guó)國(guó)家健康研究院的150萬美元資助。 

　　全文總結(jié)：用3D打印機(jī)“克隆人”是不可能的，這點(diǎn)筆者很清楚，畢竟在這種情況下“克隆”的只是一個(gè)外殼，不會(huì)有精神與靈魂。不過卻是可以將這種“克隆”技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)研究及模擬手術(shù)和培訓(xùn)。

　　3D打印機(jī)的出現(xiàn)，勢(shì)必將會(huì)引發(fā)三維革命。分析人士預(yù)計(jì)，在制造商的推動(dòng)下，到2016年3D打印業(yè)的資金會(huì)達(dá)到31億，從鞋子到轎車，任何東西都能打印出來。到了3D打印機(jī)普及時(shí)，外出旅行忘記帶牙刷了，沒關(guān)系，只要一按打印機(jī)的按鈕，就可以打印一把牙刷出來。就像是“克隆人”一樣，這種聽起來像科幻電影的情節(jié)，能夠把虛擬變成真實(shí)，那時(shí)“克隆”將不會(huì)是夢(mèng)！