盤點(diǎn)：2016年生物3D打印領(lǐng)域突破進(jìn)展

在過去2016年一年中,，國內(nèi)外生物3D打印技術(shù)取得了許多重大突破,。例如3D打印人體腎臟,，打印生物血管在體實(shí)驗成功。近年來,，3D打印技術(shù)在生物醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用越來越受到重視,，最大程度恢復(fù)人體機(jī)能的正常功能。而生物3D打印與醫(yī)療3D打印是不同的方向,，確實(shí),，3D打印為生物發(fā)展鋪平了道路,，這也得益于3D打印機(jī)獨(dú)特的重建人體組織結(jié)構(gòu)能力。接下來,，南極熊將為大家盤點(diǎn)2016年生物3D打印領(lǐng)域的十大進(jìn)展,，和大家一起回顧這一年3D打印在生物領(lǐng)域的重要事件。

藍(lán)光英諾3D生物打印血管在體實(shí)驗成功
熊眼都愣住了,，我國藍(lán)光英諾生物3D打印血管,，用到30只猴子身上

2016年12月11日，四川藍(lán)光英諾生物科技股份有限公司向全球發(fā)布了由其團(tuán)隊承擔(dān)國家“863”計劃的3D生物打印促進(jìn)人工血管內(nèi)皮化的研發(fā)項目取得的重大突破：3d打印生物血管成功植入恒河猴體內(nèi),，實(shí)現(xiàn)血管再生,。

截至 2016 年 12 月 1 日，藍(lán)光英諾已完成 30 只恒河猴 3D 生物打印血管體內(nèi)植入實(shí)驗,，實(shí)驗動物術(shù)后存活率為 100%,。術(shù)后對植入血管取出進(jìn)行功能觀察，截至 2016 年 12 月 1 日,，對實(shí)驗動物植入血管的結(jié)構(gòu)和功能一致性觀察分別從最短 1 天內(nèi)即時觀察到最長104 天持續(xù)觀察不等,，在實(shí)驗期內(nèi)，所有實(shí)驗動物在 3D 生物打印血管植入后,，其脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞均有序分化為內(nèi)皮細(xì)胞,、平滑肌細(xì)胞等血管組織，在 3D 生物打印血管再生完成后,，其結(jié)構(gòu)和功能均與實(shí)驗動物自身血管的結(jié)構(gòu)和功能一致,，實(shí)驗動物各項生理指標(biāo)均未發(fā)現(xiàn)異常。上述實(shí)驗結(jié)果與原定實(shí)驗預(yù)期一致有效,，且打印材料取自實(shí)驗動物自體的脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞,，保證了該血管移植在體內(nèi)的安全性，藍(lán)光英諾研發(fā)團(tuán)隊認(rèn)定該動物實(shí)驗取得成功,。

哈佛大學(xué)研發(fā)出3D打印腎小管
哈佛又出黑科技：3D打印出“活的”腎臟結(jié)構(gòu)

在3D打印技術(shù)方面領(lǐng)先全球的哈佛大學(xué)近日又取得了重要的新進(jìn)展 — 他們利用生物3D打印機(jī)創(chuàng)建出了能模擬部分人類腎臟功能的近端小管結(jié)構(gòu),。該結(jié)構(gòu)雖然體積不大，但對于整個腎臟及其過濾功能來說卻十分重要,，所以,，這項成絕對可以說是生物3D打印領(lǐng)域的又一大突破。

據(jù)了解,，要完成3D打印腎小管,，首先要在室溫下用一種含有人類干細(xì)胞的凝膠支撐3D組織網(wǎng)格。隨后再使用另一種可在冷卻時變成液體的凝膠流出網(wǎng)格,，以留下可生長的血管,。將材料封閉在細(xì)胞外基質(zhì)中，將生長因子加入到中空通道中,，以促使干細(xì)胞分化成特定的細(xì)胞類型,。這種3D打印的腎小管可以存活超過兩個月,。

英國科學(xué)家開發(fā)出新型干細(xì)胞生物墨水
新型干細(xì)胞生物3D打印墨水：能打印出骨骼和軟骨

英國布里斯托大學(xué)（UB）的科學(xué)家就又開發(fā)出了一種新的生物墨水 — 它混合有干細(xì)胞并且能很好地支持后者的生長，所以很適合3D打印軟骨和骨骼植入物等人工結(jié)構(gòu),。

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這種新型墨水是由UB細(xì)胞與分子醫(yī)學(xué)學(xué)院Adam Perriman博士領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊研制的,。它的成分中除了干細(xì)胞，還有兩種聚合物 — 從海藻中提取的天然聚合物,，以及醫(yī)學(xué)中常用的一種合成聚合物,。前者的功能是作為干細(xì)胞生長所需的營養(yǎng)，后者的作用則是令墨水在溫度升到一定程度后固化,。

美國科學(xué)家找到新方法可3D打印出更強(qiáng)人類組織
美國科學(xué)家找到新方法可3D打印出更強(qiáng)人類組織

當(dāng)前,，生物3D打印通常都會遇到一個障礙，就是如何打印出能讓細(xì)胞存活和生長的支架結(jié)構(gòu),。對于這個問題,，通常的解決方法是先用水凝膠打印出需要的結(jié)構(gòu)，再將細(xì)胞注入,。不過現(xiàn)在,，美國賓州大學(xué)（PSU）的科學(xué)家們找到了一種更好的辦法，就是將細(xì)胞與藻酸鹽混合,，然后直接進(jìn)行打印,。這種方法最大的優(yōu)點(diǎn)就是生成的組織具有十分理想的機(jī)械特性。

這個項目的團(tuán)隊帶頭人Ibrahim T. Ozbolat表示,，用水凝膠的方法雖然很普遍,，但仍存在明顯的問題 — 這種由聚合物鏈和水組成的物質(zhì)會限制細(xì)胞的活動，阻止它們像在正常組織中那樣相互交流,，從而嚴(yán)重影響打印組織的機(jī)械完整性,。另外，水凝膠在降解后還會產(chǎn)生對細(xì)胞生長有害的物質(zhì),。

但使用藻酸鹽這種從海藻中提取的天然物質(zhì)就沒有這樣的問題,。據(jù)南極熊了解，這主要是因為它可以形成直徑（0.76-1.27）毫米的管道,，而細(xì)胞（這里以軟骨細(xì)胞為例）恰好被注射進(jìn)在這種管道,，然后存活至少1周時間。這期間,，細(xì)胞會順利地相互結(jié)合,，形成可輕松移動的軟骨細(xì)胞串，而它可以很好地代替生物墨水作為3D打印的材料,。

美國西北大學(xué)研發(fā)出高韌性3D打印陶瓷油墨,，可更好促進(jìn)骨骼再生

美國西北大學(xué)研發(fā)出高韌性3D打印陶瓷油墨，可更好促進(jìn)骨骼再生

美國西北大學(xué)的材料科學(xué)家在骨骼再生領(lǐng)域取得了進(jìn)展,，他們研發(fā)出一種適合3D打印的羥基磷灰石材料,，該材料被加入了一定比例的乳酸-羥基乙酸，這讓3D打印的支架在無需添加生長因子的情況下也具有良好的骨骼再生促進(jìn)能力,，并且擁有更高的韌性,。

研究團(tuán)隊表示盡管促進(jìn)再生的生物材料已得到了大量關(guān)注和發(fā)展，但目前的材料在迅速促進(jìn)骨骼再生的能力和生產(chǎn)能力方面仍有不足之處,，他們的目標(biāo)是在這方面有所突破,，并使材料適合3D打印，未來可以讓醫(yī)生在醫(yī)院的實(shí)驗室中通過3D打印機(jī)快速制造出所需的骨骼支架,。

科學(xué)家們創(chuàng)建了一臺可以制造器官,、組織和骨骼的3D打印機(jī)


2016年2月15日，美國北卡羅萊納州維克森林大學(xué)（WakeForestUniversity）再生醫(yī)學(xué)研究所的科學(xué)家們創(chuàng)建了一臺可以制造器官,、組織和骨骼的3D打印機(jī),，理論上，這些打印出來的器官,、組織和骨骼能夠直接植入人體,。這一成果已于當(dāng)日發(fā)表在科學(xué)雜志《NatureBiotechnology》上。

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據(jù)了解,，此次研發(fā)的3D打印機(jī)使用計算機(jī)控制的噴嘴以一種非常精確的模式逐層擠出沉積材料,，主要含有人體細(xì)胞的水凝膠。實(shí)際上,，該3D打印機(jī)擁有多個噴嘴,，一些擠出水凝膠，還有一些則擠出可生物降解材料,，用來給打印出來的組織提供結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度支持,。當(dāng)輔助材料溶解和組織在機(jī)器中完成孵化時，它就有可能植入人體,。

目前還有待觀察維克森林大學(xué)的這款3D打印機(jī)是否能夠真的打印器官——他們將很快在實(shí)際的人類身上進(jìn)行測試,。研究人員在其論文中說，在其打印的器官可以真正在一個人身上進(jìn)行測試之前,，他們的技術(shù)還需要“進(jìn)一步發(fā)展”,。

Organovo推出3D打印人類腎臟
Organovo推出3D打印人類腎臟，股價大漲5%

2015年,，知名生物3D打印公司Organovo推出了其首款生物3D打印產(chǎn)品 — ExVive人類肝臟�,，F(xiàn)在南極熊獲悉，該公司終推出了第二款同類產(chǎn)品 — ExVive人類腎臟并宣布很快就會將其商業(yè)化,。受此影響,，該公司股價大漲5.33%，最終收于4.15美元。

南極熊了解,，ExVive人類腎臟是一種近端小管模型,，能幫助科學(xué)家更有效地研究藥物和特定治療方法對人類腎臟的影響，從而加速藥物開發(fā)進(jìn)程,。所以迄今為止,，它已經(jīng)接到了許多商業(yè)訂單。目前,，這種人工器官已經(jīng)通過了功能性驗證,，被證明極其適合用于臨床測試，比如其近端管功能可以維持超過四個星期,；其組織復(fù)雜有助于檢測損傷和恢復(fù),；其轉(zhuǎn)化功能可幫助評估腎毒性和藥物相互作用。

Organovo將開發(fā)可直接移植的3D打印人類肝組織
患者福音,！Organovo將開發(fā)可直接移植的3D打印人類肝組織
里程碑,！植入動物體內(nèi)的3D打印肝組織成功產(chǎn)生了人類蛋白

作為當(dāng)前生物3D打印領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)之一，美國Organovo公司已經(jīng)推出了多款十分有價值的生物3D打印產(chǎn)品,，比如ExVive系列人類肝臟和腎臟�,，F(xiàn)在南極熊獲悉，該公司又將目標(biāo)對準(zhǔn)了器官移植市場,，即將開始研發(fā)可直接移植進(jìn)人體的3D打印肝臟組織了,。

目前，這種3D打印肝組織已經(jīng)通過了一些臨床動物測試,，在可移植性,、血管功能和持續(xù)性方面都展現(xiàn)出了良好的狀態(tài)，所以接下來便會進(jìn)入正式的臨床前開發(fā)階段,。而根據(jù)Organovo的計劃,，他們將主要針對慢加急性肝衰竭（ACLF）與小兒代謝性肝臟疾病2個方面進(jìn)行研究，因為這兩類疾病的患者數(shù)量龐大,，潛在的市場規(guī)模高達(dá)30億美元,。

美國科學(xué)加開發(fā)降解型3D打印聚合物支架可用于食道癌治療
美國科學(xué)家正開發(fā)降解型3D打印聚合物支架可用于食道癌治療

美國佛羅里達(dá)亞特蘭大大學(xué)（FAU）的博士Yunqing Kang得到了來自美國國家癌癥協(xié)會（NCI）的14萬美元資金支持以開發(fā)一種可生物降解的3D打印聚合物支架。這種支架能夠減少食道癌治療時的并發(fā)癥,，同時成為相關(guān)藥物的遞送裝置,。

據(jù)南極熊了解，這種新型的組織工程支架將以Kang博士獨(dú)特的生物3D打印技術(shù)為基礎(chǔ),，使用生物降解型的彈性聚合物材料由專用的3D打印機(jī)制造,。這種材料具有平衡的硬度和彈性，可以滿足支架需要擴(kuò)展并與食管接觸的要求,。

相比于上面提到的金屬支架,，新支架有2個明顯的優(yōu)點(diǎn)：第一,、由于使用可降解型材料，它會在被植入患者體內(nèi)后逐漸溶解消失,，所以就算治療完成也無需考慮取出的問題,。這不但會令整個過程變簡單，而且不會再讓患者感到不舒服,。第二,、它能夠用來遞送抗癌藥物紫杉醇（PTX）,，從而幫助完成食道癌的局部治療,。

CollPlant正開發(fā)用于生物打印的人體膠原蛋白基生物墨水
以色列公司正研發(fā)膠原生物3D打印墨水，已獲政府千萬投資

以色列的再生醫(yī)療公司CollPlant就正在開發(fā)以人類膠原蛋白為基礎(chǔ)的3D打印生物墨水（可用于制造人類組織和器官）,。近日,，該公司宣布，他們的這個項目得到了以色列經(jīng)濟(jì)部首席科學(xué)家基金（CSIME）145萬美元（約合954萬人民幣）的支持,。這對于該公司來說無疑是重大的利好消息,，因為這筆資金已經(jīng)接近了該項目總開銷（311.4萬美元）的一半。

據(jù)南極熊了解,，RHC是通過向煙草中引入5組人類基因,，再經(jīng)多道工序，用煙草葉提取物加工而成的,，已經(jīng)在2015年為該公司贏得了同樣由CSIME提供的122萬美元資金支持,。而以這種物質(zhì)為基礎(chǔ)的膠原3D打印墨水將會具有效促進(jìn)人類組織自然生長的功效，所以可用于研發(fā)3D打印的人類組織和器官,，以治療燒傷等各種損傷,。

用于骨骼修復(fù)的3D打印生物陶瓷植入物將很快上市
可用于骨骼修復(fù)的高吸收型生物陶瓷3D打印植入物即將上市！

由歐洲研究項目RESTORATION開發(fā)出的新型吸收式生物陶瓷材料很快就要上市了,。這種材料能通過3D打印技術(shù)制成個性化的關(guān)節(jié)植入物,，然后通過實(shí)施微創(chuàng)手術(shù)很好地解除患者的病痛�,？捎糜谌�種不同的應(yīng)用：下頜骨,、脊椎和膝蓋。由于最終的檢測結(jié)果相當(dāng)出色,，這些產(chǎn)品有可能會在幾年之內(nèi)出現(xiàn)在市場上,。

據(jù)了解，這個為期4年的項目得到了歐盟的資金支持,，主要目的是開發(fā)出一種新的陶瓷復(fù)合材料以用于整形和頜面外科的應(yīng)用,。該材料可以模擬骨骼結(jié)構(gòu)，而且可以通過設(shè)計并3D打印出詳細(xì)匹配植入部位的機(jī)械要求的植入物,。此外,，一些陶瓷還具有生物活性,，這意味著它們可以被人體充分吸收。

NanoDimension開發(fā)高精度干細(xì)胞3D生物打印機(jī)
Nano Dimension申請3D打印干細(xì)胞專利,，欲打印人類組織器官

電子3D打印大咖Nano Dimension（ND）通過與生物技術(shù)公司Accellta結(jié)盟正式進(jìn)入生物3D打印界的消息�,，F(xiàn)在，僅僅幾天后,，這家以色列公司就在這方面又向前邁進(jìn)了一步 — 他們剛剛申請了一項3D打印干細(xì)胞的美國專利,，旨在通過使用干細(xì)胞和生物墨水實(shí)現(xiàn)人類組織器官的3D打印。

據(jù)了解,，活細(xì)胞3D打印技術(shù)已經(jīng)在醫(yī)學(xué)研究中起著重要作用,，為了發(fā)揮這項技術(shù)的全部潛能，推動該領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展,，NanoDimension通過把自身的高速度,、高精準(zhǔn)度的噴墨功能與Accellta的干細(xì)胞懸浮技術(shù)和誘導(dǎo)分化功能結(jié)合在一起，使得3D打印具有高分辨率和高容量”,。

該項解決方案已經(jīng)在可行性研究中被測試過,，它使用了Accellta基于懸浮技術(shù)細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)每批可產(chǎn)生數(shù)以億計的干細(xì)胞,。有了大量的優(yōu)質(zhì)細(xì)胞,，這兩家公司能打印更大、更復(fù)雜的組織和器官,。

日本生物3D打印血管再生
日本研發(fā)3D打印血管與神經(jīng)技術(shù) ,，生命的希望

日本多家科研機(jī)構(gòu)在研究使用3D打印技術(shù)生產(chǎn)血管等復(fù)雜組織。日本佐賀大學(xué)將iPS細(xì)胞(人體誘導(dǎo)多功能干細(xì)胞)培育出的細(xì)胞群打印成管狀結(jié)構(gòu),，制成血管,。京都大學(xué)利用3D打印技術(shù)制成包裹著神經(jīng)的筒狀組織，并將其移植到實(shí)驗鼠身上,，實(shí)現(xiàn)了神經(jīng)的再生,。日本政府預(yù)計到2020年前后，iPS細(xì)胞將可用于治療心臟病等疾病,，正在加緊掌握與人體組織形狀相近的人造立體組織移植技術(shù),。

iPS細(xì)胞不僅被用于治療眼部的疑難病癥，未來還可能被用于治療心力衰竭和脊髓損傷,。在培育用于移植治療的長血管和立體內(nèi)臟時,，管狀和袋狀的組織結(jié)構(gòu)常需要使用很多細(xì)胞。研究團(tuán)隊認(rèn)為,，既然3D打印技術(shù)的原理是層層疊加樹脂材料打印成立體作品,，如果用細(xì)胞代替樹脂，也可以打印出立體的組織,。

佐賀大學(xué)教授森田茂樹的研究團(tuán)隊將人類iPS細(xì)胞培養(yǎng)出可發(fā)育成血管的細(xì)胞群,，并在多排細(xì)針組成陣列的微型基座上層層串起細(xì)胞,，最后打印出長2厘米，直徑5毫米的管狀結(jié)構(gòu),。

將管狀結(jié)構(gòu)細(xì)胞從細(xì)針上取下,，內(nèi)部使用培養(yǎng)液貫穿。數(shù)天后分化成不同種類的細(xì)胞會在內(nèi)壁形成細(xì)胞層,，最終形成血管,。今后將在豬身上進(jìn)行血管移植實(shí)驗。該研究使用了發(fā)源于九州大學(xué)的新創(chuàng)企業(yè)Cyfuse與澀谷工業(yè)合作研發(fā)的“Bio3D打印機(jī)”

科學(xué)家開發(fā)出能替代軟骨的可3D打印生物玻璃
一種新型生物玻璃材料：能以墨水形式3D打印,，還能自我修復(fù)
生物玻璃是一種神奇的人工材料,，具有良好的韌性、生物兼容性和生物降解性,，能與天然生物組織形成鍵合作用,，所以能起到修復(fù)甚至替代天然組織,，或促進(jìn)組織再生的作用,，是迄今為止唯一既能與骨組織成鍵結(jié)合，又能與軟組織相連接的人工生物材料,，在醫(yī)療方面用途極為廣泛,。

據(jù)南極熊了解，這兩所高效已經(jīng)研制出了一種全新的生物玻璃材料,。它不但像其它生物玻璃一樣具備與天然人類軟骨相似的屬性,，而且能以墨水的形式進(jìn)行3D打印，還能夠自我修復(fù),。

這種特性對于制造人工軟骨來說意義重大,，因為軟骨這種結(jié)構(gòu)比較脆弱，很容易損壞卻很難修復(fù),，而且雖然目前已經(jīng)能通過生物工程人工培養(yǎng)了,，但過程卻十分復(fù)雜和緩慢。不過現(xiàn)在,，這些問題已經(jīng)由這種新材料同時解決了,。此外，就像前所說,，這種新材料還具有許多其它優(yōu)點(diǎn),，比如強(qiáng)韌、耐用,、彈性高,、回復(fù)力強(qiáng)、良好的生物兼容性和降解性,。

小結(jié)
生物3D打印技術(shù)是3D打印技術(shù)與醫(yī)療技術(shù)的深度結(jié)合,。它不僅可實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的手術(shù),，更安全有效的藥物控釋，還可以制造出用于移植或藥物實(shí)驗的組織或器官,，是再生醫(yī)學(xué)的主要分支,。本文帶你縱覽生物3D打印技術(shù)的前世今生與商業(yè)應(yīng)用。3D打印技術(shù)被視為一項顛覆傳統(tǒng)生產(chǎn)方式的革命性技術(shù),，必將對人類生活,、學(xué)習(xí)和工作產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

3D打印的優(yōu)勢在于可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜產(chǎn)品的設(shè)計與制造,，并使小批量定制化產(chǎn)品的成本降低,。我國醫(yī)療行業(yè)引入3D打印技術(shù)，始于上世紀(jì)80年代后期,。隨著3D打印技術(shù)與醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展和深度結(jié)合,，3D打印不僅可實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的手術(shù)，生產(chǎn)更適合個體需求的各種醫(yī)學(xué)內(nèi)植物,、助聽器,、義齒、義肢,，更安全有效的藥物控釋,，還可以制造出用于移植或藥物實(shí)驗的組織或器官，是再生醫(yī)學(xué)的主要分支,。

回顧2016年,，生物3D打印技術(shù)似乎在一步步地前進(jìn)，但是每一小步對于醫(yī)學(xué)的發(fā)展都是一大步,。未來,，我們期待生物3D打印技術(shù)更加成熟，以幫助更多人克服疾病困擾,！

在最后南極熊送上之前盤點(diǎn)的海外9家生物3D打印公司帶你預(yù)覽技術(shù)趨勢