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3D打印大显身手 生物打印实验室不再是梦

来源:中国化工仪器网    日期:2016-06-06 09:16:38    浏览量:
借助一台改装的MakerBot3D打印机吐出的湿软生物结构,匹兹堡大学(PITT)和卡内基·梅隆大学(CMU)的研究人员们正准备帮助医生更好地完成乳房癌诊断。据了解,匹兹堡大学医疗中心(UPMC)以及卡耐基梅隆大学的研究人员得到了美国国会指导下的国防部医学研究项目的一笔为期两年的80万美元研究拨款,他们正在借助这笔资金,使3D打印机能够复制乳腺导管(即连接乳头与乳腺的管道)。
  


  在这样做的时候,他们希望能发现某种生物标志物——与疾病关联的可测量特征——以更好地诊断哪种患有癌症前期乳腺导管病变的患者将会发展为恶性的、可能危及生命的乳腺癌。
  
  1/523D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型,后逐渐用于一些产品的直接制造。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑等领域有所应用,而现在3D打印都能打印人脸和心脏了,一起来看看3D打印出来的各种奇葩物件吧!
  
  该项目的研究负责人之一,PITT外科助理教授PriscillaMcAuliffe称,只有20%到50%的非浸润性肿瘤患者的肿瘤会本地化至乳腺导管——即乳腺导管内原位癌(DCIS)——从而发展为恶性乳腺癌。
  
  如果能够识别出哪些妇女需要治疗以及哪种不需要将会减少患者不必要的化疗、手术和痛苦,McAuliffe说。这些治疗手段往往会对患者的健康造成很大的伤害。
  
  该项目的另外一位共同研究负责人,CMU的材料科学及生物医学工程教授AdamFeinberg在2015年的时候曾经在《ScienceAdvances》杂志上发表过一篇论文,显示使用一台3D打印机来复制复杂软组织结构是可能的。而这次研究项目的目的之一就是通过3D打印机复制患者的乳腺导管,来独立判断其发展为浸润性肿瘤的可能性。
  
  根据McAuliffe的说法,这种对每位患者进行风险评估的能力将带来革命性的后果。她说:“这已经不是秘密,我们对DCIS患者进行了太多的手术。”
  
  “基于这项研究的结果,我们希望能够找到生物标志物,然后用它来为患者进行风险分级。”McAuliffe说。但是在将这些生物标记物用于手术决策之前,还需要进行随机临床试验,McAuliffe说,这将是一个长期的目标。
  
  当然,所有这一切的基础是发现生物标志物,这就要求具有完全可控的现实模型系统,Feinberg说。而这正是3D打印技术可以大显身手的地方,即3D打印出一个独立的乳腺导管组织。
  
  但是,Feinberg称,要3D打印乳腺导管,需要跨越的一个很大的障碍,就是这种组织经常会在自身的重量之下崩溃。
  
  “这些材料的最大挑战是它们非常柔软。”Feinberg说:“这导致它们很容易在自身的重量下崩溃。它们有点像果冻。一块简单的果冻放在那里是没问题的,比如正方体,但是一旦你试图用它制造复杂的3D结构,结果就是四分五裂。”
  
  为了解决这个问题,Feinberg的团队开发出一种方法可以在可溶解的凝胶里打印软组织。据天工社了解额,Feinberg使用的设备包括一台消费级的MakerBot3D打印机。普通的MakerBot主要通过挤出机层积熔融的塑料来构建对象,而Feinberg则精心设计了一个定制的挤出机,这个挤出机层积的却是我们通常会在生物组织中看到的蛋白质和其它分子。
  
  值得一提的是,研究人员们还开源了他们设计的这款挤出机,任何人都可以通过美国国立卫生研究院(NIH)的网站下载并使用它。.
  
  研究人员称,如果最初的实验揭示了浸润性DCIS的生物标记物的可能性,那么他们下一步就准备将这些生物标记物与患者的治疗结果关联起来。为此,研究人员可以充分利用Magee-Womens医院丰富的乳房组织库。这个组织库中包含有关肿瘤遗传学和导管结构方面的信息,以及患者的结果。
  
  除了发现更好的方法来诊断浸润性DCIS之外,Feinberg兴奋的是生物打印将成为在实验室里构建现实模型系统的标准手段。
  
  “在不太遥远的将来,这些生物3D打印机将成为标准的实验室设备。”Feinberg说。“最终,我认为我们将能够用这些东西3D打印器官和进行组织修复。尽管这还很遥远,但是它正在露出曙光。”
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