杭州電子科技大學(xué)教授開發(fā)出國內(nèi)首臺生物3D打印機(jī)

中國杭州電子科技大學(xué)的徐銘恩教授開發(fā)出國內(nèi)首臺生物3D打印機(jī)。所謂生物3D打印機(jī)，就是以生物材料層層堆砌，制作出真正的活體組織的打印機(jī)。據(jù)杭州日報記者報道，此打印機(jī)的整機(jī)體積為64×50×70厘米，重量為50公斤。可打印人耳、鼻、面部模型，甚至還有肝臟最小組成單位肝小葉、脂肪組織、胰島組織等。
據(jù)徐教授團(tuán)隊(duì)研究成員，杭電機(jī)械工程學(xué)院研究生賴雪聰介紹說：“該打印機(jī)打印1份成品通常需要1小時到幾天不等，1個拇指大小的耳朵大概需要50分鐘?！薄按蛴⊥瓿珊螅€需要一段時間讓新出爐的成品凝固。”

“像這個面具，需要打印4個小時，花費(fèi)大約50毫升左右的水凝膠材料。”實(shí)驗(yàn)室的研究生趙占盈說。
徐教授還說，為了打印細(xì)胞，打印機(jī)的打印室和打印噴頭全都保持在低溫狀態(tài)下，大約為0攝氏度左右。特制的打印噴頭和材料固化技術(shù)能夠提高細(xì)胞存活率達(dá)到90%以上。
徐教授認(rèn)為此臺生物3D打印機(jī)有以下幾個優(yōu)勢：
高精度
能打印高黏度材料
打印過程中細(xì)胞損傷率低
設(shè)計了低溫、高溫雙噴頭
工作溫度區(qū)間為 -5~260攝氏度
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3D打印機(jī)是眼下熱門話題。在電腦上設(shè)計好三維圖紙，打印機(jī)就會根據(jù)圖紙打印出汽車、鞋子、槍、人像等?，F(xiàn)在國內(nèi)外有很多研究機(jī)構(gòu)和公司，包括杭州的一些公司在從事3D打印。打印個鞋子、玩偶等非常簡單。
　　昨天，杭州電子科技大學(xué)的徐銘恩教授，對外展示了他的團(tuán)隊(duì)研制的生物3D打印技術(shù)。徐教授可以使用醫(yī)用高分子材料、無機(jī)材料、水凝膠材料和活細(xì)胞，打印出人的耳朵模型、鼻子模型、大腿骨頭模型等。徐教授說，未來經(jīng)過二三十年的努力，生物3D打印技術(shù)也許可以打印出人的肝臟、腎臟，并能移植入人體內(nèi)。
　　打印的肝臟組織存活了4個月
　　在徐教授的實(shí)驗(yàn)室里，生物3D打印機(jī)正在工作。打印機(jī)在超凈室里工作，每一個人進(jìn)去都要除塵。
　　生物3D打印機(jī)的噴嘴有點(diǎn)像針管，噴出的材料，一點(diǎn)點(diǎn)地堆積起來，直到打印成型。
　　在實(shí)驗(yàn)室的培養(yǎng)皿里，泡著一些耳朵、鼻子和人臉，大約兩三厘米大小，摸上去涼涼的，有點(diǎn)彈性。這是徐教授團(tuán)隊(duì)用細(xì)胞打印出來的。徐教授的學(xué)生說，打印一個三四厘米長的腎臟模型要四五個小時。
　　目前，徐教授的團(tuán)隊(duì)還打印出了肝臟最小組成單位肝小葉、脂肪組織、胰島組織等，這些實(shí)物都是用人的細(xì)胞打印而成的，與人的肝臟、胰島等高度類似，雖然離移植到體內(nèi)很遠(yuǎn)，但可以用在醫(yī)藥行業(yè)的藥物試驗(yàn)上，大大降低研發(fā)藥品的成本。
　　生物3D打印機(jī)還用人的細(xì)胞打印出了完整的人耳朵軟骨，如果人的耳朵軟骨缺了一塊，這個打印出來的軟骨可以拿去修補(bǔ)人耳朵。不過，目前還沒有在臨床上實(shí)現(xiàn)過。此外，徐教授打印出來的器官模型還可以用于手術(shù)輔助、醫(yī)學(xué)研究、教學(xué)等領(lǐng)域。
　　生物3D打印機(jī)打印出來的器官，活性很好，徐教授團(tuán)隊(duì)打印出來的肝臟組織，最長存活了4個月。
　　在網(wǎng)上搜索新聞，可以看到美國的一些科學(xué)家在年初曾用3D打印機(jī)打印出人的耳朵等器官。徐教授的生物3D打印機(jī)處在什么水平？
　　徐教授說，去年9月，生物材料方面的國際權(quán)威期刊《生物材料》對他的打印機(jī)有過評價，認(rèn)為徐教授的生物3D打印機(jī)對細(xì)胞的破壞小，目前生物3D打印機(jī)領(lǐng)域的最高水平。
　　臨床應(yīng)用是終極目標(biāo)
　　徐銘恩教授介紹了3D打印機(jī)的基本原理。整個過程就像是用磚頭砌金字塔——3D打印機(jī)的噴嘴噴出一點(diǎn)一點(diǎn)的材料(這可以看作是金字塔的磚頭)，噴頭按電腦上的三維設(shè)計圖紙，從底部開始，一點(diǎn)點(diǎn)噴出材料，堆砌出實(shí)物，就像是用磚頭從底部開始一點(diǎn)點(diǎn)堆砌金字塔。
　　徐教授說，噴出的材料，可以是金屬、塑料、生物細(xì)胞等，打印出來的實(shí)物，可以是杯子、槍、人的耳朵等。
　　用生物材料打印出來的器官，能臨床應(yīng)用是他們的終極目標(biāo)。比如，人的腎臟壞了，現(xiàn)在只能腎臟移植，要找到能移植的腎臟很不容易，價格昂貴，也非常復(fù)雜。生物3D打印技術(shù)來了，事情變得簡單，只要根據(jù)這位病人的實(shí)際情況，打印個腎臟給他裝上就可以了。
　　說說簡單，做起來是很難的。比如打印一把槍，要搞清楚哪些部分要用金屬，哪些部分用塑料，哪些地方空心，哪些部分要特別堅(jiān)固。而打印人的內(nèi)臟器官，就更復(fù)雜了。比如打印一個肝臟用什么材料好？活細(xì)胞在打印時會不會馬上死掉？肝臟大大小小的血管打印出來后能與人體連上嗎？打印出來的肝臟會不會與人體產(chǎn)生排異反應(yīng)，打印的時候如何保證全過程無菌？
　　徐教授說，想打印出真能用的肝臟、腎臟，這中間要走很長很艱辛的路，需要不同學(xué)科的科學(xué)家通力合作。
　　專家評價：處于國際領(lǐng)先水平
　　昨天，杭電還邀請了專家對“生物3D打印機(jī)”項(xiàng)目進(jìn)行成果鑒定，與會專家有李繼承(浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)部基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)系教授，博士生導(dǎo)師，浙大細(xì)胞生物學(xué)研究所所長、人體解剖學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)系主任)，歐陽宏偉(浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師，浙大基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院院長)，陳杭(浙江大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程與儀器科學(xué)學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師)，陳清勇(解放軍第117醫(yī)院呼吸內(nèi)科主任、主任醫(yī)師，碩士生導(dǎo)師)等。
　　與會專家說，徐教授團(tuán)隊(duì)的生物3D打印機(jī)，能打印不少類別的生物材料、細(xì)胞損傷率低、打印精度較高。這些特性處于同類產(chǎn)品的國際領(lǐng)先水平。

目前，美國的Organovo公司出品的生物3D打印機(jī)能打印最小層厚為500微米，最高20層的活體肝臟組織細(xì)胞，且打印成品具有肝臟的特有功能，包括：生產(chǎn)白蛋白，纖維蛋白原和轉(zhuǎn)鐵蛋白，還有可誘導(dǎo)的細(xì)胞色素P450酶活性等。另外還有多家大學(xué)已經(jīng)研發(fā)生物3D打印機(jī)。例如美國普林斯頓大學(xué)的可以“聽到”無線電波的超強(qiáng)3D打印仿生耳、美國艾奧瓦大學(xué)開發(fā)的多臂生物3D打印機(jī)、以及美國康奈爾大學(xué)和荷蘭科學(xué)家Ernst Jan Bos 3D打印的人造耳廓等等。同樣處于國際先進(jìn)水平的徐銘恩教授也能夠打印肝臟組織。這些研究成果將為醫(yī)藥行業(yè)，特別是藥品研發(fā)領(lǐng)域帶來巨大的影響。但是想要打印出能移植入病人體內(nèi)的活體器官，眾多生物3D打印專家都表示，至少還需十幾二十年。