廣醫研制了超炫打印機：打印一個(gè)厘米級類(lèi)器官結構僅需*0多秒

近日，廣州醫科大學(xué)生物醫學(xué)工程學(xué)院謝茂彬教授團隊自主研制了一款新型超快速體積3D打印機，不僅能在一分鐘內打印出一個(gè)復雜的類(lèi)器官結構，而且能更好地保持細胞活性，從而幫助腫瘤醫生更好地指導腫瘤患者的用藥。

十幾秒重建厘米級人工器官

20*9年，以色列特拉維夫大學(xué)的科研人員使用人體組織制造出了世界上第一顆3D打印心臟，給需要通過(guò)“換心”來(lái)延續生命的晚期心衰患者帶來(lái)了新希望。

如今，3D打印在醫學(xué)領(lǐng)域的應用已有時(shí)日。在臨床上，醫生不僅可以利用3D打印技術(shù)復制牙齒、骨骼等人體部位或器官，用于醫學(xué)訓練和研究，還可以打印患者的某個(gè)器官，幫助醫生進(jìn)行手術(shù)前的研究判斷和準備。

不過(guò)，傳統生物3D打印機大多使用的是逐層打印技術(shù)?？茖W(xué)家如果打印一個(gè)厘米級尺寸的人工器官，一般需要半個(gè)小時(shí)甚至十幾個(gè)小時(shí)。而在打印過(guò)程中，物體之間還會(huì )相互摩擦，對細胞造成較大的物理傷害。由此來(lái)看，傳統生物3D打印技術(shù)不僅耗時(shí)長(cháng)，而且損耗大，不利于細胞存活。

為了突破傳統生物3D打印速度慢和細胞存活率低的瓶頸，謝茂彬于20*9年開(kāi)始就帶領(lǐng)團隊研制超快速體積3D打印機。今年2月，謝茂彬團隊的“超快速體積打印機：生物3D打印變革者”項目在第一屆粵港澳大灣區博士博士后創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)大賽決賽中，以總分第一名的優(yōu)異成績(jì)獲得金獎。

謝茂彬介紹，超快速體積3D打印機類(lèi)似于CT成像技術(shù)的一種反向運用，實(shí)驗者先把所需打印物體的二維圖片錄入到電腦中，計算機將通過(guò)特定算法，把圖片縱向投影到旋轉中的打印瓶，光敏的生物打印材料在接收到光線(xiàn)后就會(huì )固定成形，大約十多秒后，一個(gè)三維物體就出現在打印瓶中了。

謝茂彬形象地解釋這一項技術(shù)——“就好比一副3D眼鏡，機器‘戴’上后，原本‘看到’的二維畫(huà)面就變得更加立體了?！彼f(shuō)，新技術(shù)的一大突破是可以在數秒或十幾秒內完成一個(gè)厘米級人工器官的重建，還能實(shí)現細胞存活率大于95%。

廣州醫科大學(xué)生物醫學(xué)工程學(xué)院副院長(cháng)謝國喜補充道：體積3D打印機采用的是全息投影的算法，打印機所發(fā)射出的可見(jiàn)光會(huì )從各個(gè)方向投射進(jìn)打印瓶中，就會(huì )形成一個(gè)三維結構的物體。

“這一項技術(shù)不僅快，而且實(shí)現了無(wú)接觸打印，能有效保持細胞的活性成分?！敝x國喜舉例，傳統生物3D打印機打印一顆心臟可能需要十幾個(gè)小時(shí)，而超快速體積3D打印機可以在*分鐘內完成無(wú)接觸打印，最大程度保持細胞的活性成分。

精確重建類(lèi)器官用于藥物指導

謝茂彬介紹，該項生物3D打印技術(shù)的應用場(chǎng)景十分廣泛，包括組織工程、再生醫學(xué)、類(lèi)器官構建、藥物篩選、個(gè)性化藥片定制和醫療部件（如骨螺釘、微針貼片）構建等。目前，團隊將重點(diǎn)開(kāi)展3D打印類(lèi)器官在腫瘤精準治療上的應用。

謝國喜介紹，類(lèi)器官是一種利用成體干細胞在體外培育而成，具備三維結構的微器官。每一位腫瘤患者對不同藥物有著(zhù)不同的敏感性。醫生為了快速知道哪一種藥物對患者最有效，就需要提取腫瘤部位細胞去制作腫瘤“類(lèi)器官球”，模擬器官在人體內的環(huán)境，然后通過(guò)藥物篩選試驗，目的是找到最適合治療患者的藥物?！邦?lèi)器官可以模擬體內真實(shí)器官的三維結構與功能，在體外構建一個(gè)類(lèi)似體內的器官環(huán)境。通過(guò)打印類(lèi)器官進(jìn)行個(gè)性化用藥指導，對腫瘤患者群體而言意義重大?！?/p>

傳統的類(lèi)器官依賴(lài)人工方式制備，從制備到培養需要2—3周，往往會(huì )超出腫瘤患者3-5天的治療窗口期。體積生物3D打印機可以在35—*0秒內，一次性打印出9*個(gè)“類(lèi)器官球”，這不僅大大節省了制備時(shí)間，降低了材料的成本，而且能讓醫生在一周內為患者提供個(gè)性化的用藥方案。

該項目團隊已完成樣機開(kāi)發(fā)和功能驗證的工作，其中樣機已陸續提供給廣州部分高水平實(shí)驗室、大型生物科技公司和三甲醫院試用。同時(shí)，該項目團隊還與類(lèi)器官相關(guān)公司和醫院?jiǎn)?dòng)臨床轉化工作，共同推進(jìn)3D打印類(lèi)器官在腫瘤精準治療和患者個(gè)體化藥物篩選指導用藥上的進(jìn)步。

【記者】黃錦輝

【見(jiàn)習記者】厲思璇

【通訊員】廣醫宣

【作者】 黃錦輝；厲思璇

廣東健康頭條