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首台 3D 人體列印機問世!五年內進入臨床應用,解決百萬千萬器官等待者需求

【為什麼我們挑選這篇文章】根據統計,台灣每年器官捐贈者百餘人,但等待器官移植者卻超過八千人。

這樣的人數落差,是否在不久後的將來能用「客製化」的 3D 列印成功彌補,更全面的解決移植修復問題?(責任編輯:楊侑陵)

繼 3D 列印卵巢成功植入實驗鼠之後,位於美國肯塔基州的軟體公司 Advanced Solutions 開發出了世界上第一台在六軸機器人上運行的 3D 人體列印機。它勝在模擬身體組織和器官的精確度。而且,它所使用的列印材料「生物墨水」,也能讓 3D 列印的器官與人體更加融合

這對於解決器官人體移植短缺的情況,或許是一個好消息。

這個打印機被稱為 BioAssemblyBot,是第二代專注於生產醫療材料的 3D 列印機。Advanced Solutions 的總裁兼 CEO Michael Golway 在接受 CNBC 採訪時說,他們的目標是 3D列印人體器官。

世界首台3D人體打印機問世: 鼻子, 嘴巴以及各類可移植器官都能“造”出來

BioAssemblyBot 使用觸控螢幕和雷射傳感器來告訴機器人手臂和噴嘴應該如何移動。它透過一個叫做組織結構訊息建模(TSIM)的軟體進行操作。TSIM 允許用戶在 BioAssemblyBot 複製器官之前,對組織結構進行可視化的設計。

透過 TSIM,你可以首先導入器官的相應圖片,像是病人的核磁共振成像或 CT 掃描。在 3D 空間中,這些模型可以被自由操作,並根據病人的特定需求進行修改,包括添加或減少組件。TSIM 軟體的建模還可以調整模型的物理材料等特性,對 3D 模型對象進行定義、創建、更新,附加數據屬性和材料分配。

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TSIM 就像一個設計平台,而 BioAssemblyBot 則對照著設計結果進行生產。為了與 BioAssemblyBot 進行無縫對接, TSIM 的內置翻譯器提取組織結構模型的精確 3D 坐標,同時保存這些數據屬性(例如材料、細胞類型、位置等),以保證 3D 列印機可以精確複製和構建一個與模型相同的人體組織結構

一旦 3D 模型在 TSIM 中建造完畢,這些數據就會被發送到 BioAssemblyBot 的工作站進行列印。使用六軸機械臂, BioAssemblyBot 可以精確地構造一個 3D 組織結構和模型。

世界首台3D人體打印機問世: 鼻子, 嘴巴以及各類可移植器官都能“造”出來

「我們發明的工具,如 BioAssemblyBot,使我們的科學家和客戶能夠以前所未有的方式推進生物學發展,這非常令人興奮,」Golway 在接受 CNBC 採訪時說。

該過程最具挑戰性的方面是「生物墨水」,也就是用於 3D 生物列印的材料。生物墨水既要滿足列印過程中的機械需求,又要包含組織正常運作和生長所需的元素。

「我們可以列印肝細胞,並將其與我們的血管化技術結合在 3D 結構中,這樣就可以開始製造一個可以正常運作的肝臟。」

Advanced Solutions 及其客戶也使用該技術模擬肺、心臟、腎臟、胰腺、骨骼甚至人體皮膚的 3D 列印器官。

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該公司正在使用來自患者的原材料,如組織細胞等,在體外生產 3D 結構。他們認為血管化的部分,比如讓血液能夠在組織中流動,是一個非常關鍵的部分。這對於 3D 列印器官的長期發展來說,也是一個基礎性的步驟。Golway 表示:

「我們相信,在接下來的五年裡,將看到從研究到臨床等方面的革新,我們正在努力為患者想出功能性的解決方案。我能看到未來將會有圍繞道德而進行的大量辯論和討論,我非常有信心,一旦我們發展到臨床的階段,這對於病人來說將會是一個非常安全的應用。」

生物列印起源於 21 世紀初,當時人們發現活細胞可以透過噴墨列印機的噴嘴噴射而構建出來,同時不會損壞它們。今天,使用多個列印頭噴出不同的細胞類型、以及有助於保持結構形狀的聚合物,可以將一層層的細胞結合在一起,讓它們生長成活的、可以正常運轉的組織。

各地的研究人員正在修復腎臟和肝臟組織、皮膚、骨骼和軟骨,以及保持身體部位活躍所需的血管網路。他們將列印出的耳朵、骨骼和肌肉植入到動物身體中,並觀察這些耳朵、骨骼和肌肉與身體本身是否可以和諧的融為一體

成都生物技術公司藍光英諾已成功將 3D 列印出的一部分動脈植入猴子體內。這是將列印出來的器官用於人類的第一步。同樣,美國聖地亞哥的 Organovo 在 2016 年宣布,已經將列印的肝組織移植到老鼠身上,這種組織已經存活下來並且運作正常。該機構希望在三到五年內將這一技術發展成為針對慢性肝衰竭和早產兒新陳代謝功能障礙的治療方式。該公司估計,僅在美國,這種治療方式每年的市場價值將超過 30 億美元。

除了直接將列印的器官活組織用於醫學治療,生物列印還可以幫助開發和測試其它類型的治療。Organovo 已經開始提供腎臟和肝臟組織,用來測試處於開發過程中的藥物功效和安全性

如果這可以成功,動物保護者會很高興,因為它會減少動物參與藥物試驗的數量。

出於類似的原因,L’oreal、P&G 等公司都在致力於列印人體皮膚。他們使用它來測試其產品的不良反應。L’oreal 使用相對陳舊的技術,每年製造約 5 平方公尺的皮膚。生物列印將允許其製造更多皮膚,並且還能讓它生產出不同的類型和紋理的皮膚。

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列印皮膚最終可能用於修復皮膚灼傷和潰瘍。研究人員也正在計劃將皮膚直接植入到人的身體表面。賓州的一家公司 Renovacare 開發了一種槍,將皮膚幹細胞直接噴到傷口上。但這個治療方法的前提是,幹細胞來自於患者本身,這樣患者的免疫系統才不會抗拒這些新的組織。

(本文經合作夥伴 中央社 授權轉載,並同意 TechOrange  編寫導讀與修訂標題,原文標題為 〈世界首台3D人體打印機問世: 鼻子, 嘴巴以及各類可移植器官都能“造”出來〉。首圖來源:TechNews

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