誰會想到3D打印會與醫療關系密切，本文整理了科學家發表的多篇研究報告，共同解讀3D打印是如何在人類研究疾病中發揮作用的
在一項發表于Advanced Materials雜志的研究中，貝勒醫學院的研究人員發現當前用于疝氣修復軟組織網片極易引發炎癥和內臟粘連，因此他們開發了一種用于軟組織修復與炎癥調節的新型生物材料網片。該生物網片是通過原位磷酸鹽交聯的聚乙烯醇聚合物的3D生物打印制成的。在大鼠腹疝模型中生物網片充當炎癥陷阱并捕獲植入部位分泌的促炎細胞因子，有效調節局部炎癥，而無需外源性抗炎劑。該生物網片在抑制內臟粘連形成和最小化術后并發癥方面非常有效。
疝氣是最常見的軟組織損傷之一。腹內內容物(如腸環)通過腹壁薄弱、缺損或受傷部位擠壓時形成疝氣。這種情況可能會發展成嚴重的并發癥，因此需要行疝氣修補術。修復包括通過外科手術植入人工網片來支撐和加固受損的腹壁，促進愈合過程。然而，目前使用的網片植入物與潛在的不良術后并發癥有關。貝勒醫學院外科助理教授，這項研究的主要作者Crystal Shin博士說：“雖然疝氣網植入物的機械強度很強，能夠支撐腹部組織，使患者一開始感覺很舒服，但手術后大約三天，植入物會引發炎癥，在兩到三周內會影響附近的器官，這是一個常見的問題。”，Shin正在尋找解決術后疝氣并發癥的方法。
【2】Adv Funct Mat：科學家有望利用新型墨水3D打印出含有活細胞的骨組織!
近日，一篇發表在國際雜志Advanced Functional Materials上題為“Synthetic Bone‐Like Structures Through Omnidirectional Ceramic Bioprinting in Cell Suspensions”的研究報告中，來自新南威爾士大學等機構的科學家們通過研究開發出了一種基于陶瓷的墨水，未來有望幫助外科醫生打印出能攜帶活細胞的3D骨骼部分，而這些活細胞能被用來修復損傷的骨組織。
文章中，研究人員使用了一種由磷酸鈣組成的特殊墨水的3D打印機進行開發出了一種新技術—細胞懸浮液中的陶瓷全向生物打印技術(COBICS，ceramic omnidirectional bioprinting in cell-suspensions)，該技術能幫助他們打印出骨骼樣結構，這種結構在水中放置幾分鐘后就會被硬化。盡管3D打印仿骨結構的想法并不新鮮，但這是研究人員首次在室溫下創建攜帶活細胞的材料。
【3】Bioprinting：3D打印用于創造心臟細胞
人類新生命的誕生起始于單個細胞，然后分裂并最終形成胚胎。根據它們相鄰細胞發送的信號，這些分裂的細胞隨后發育或分化為特定的組織或器官。在再生醫學中，控制細胞的分化至關重要，干細胞可以分化以允許器官的體外生長并替代受損的成年細胞，特別是復制能力非常有限的成年細胞，例如大腦或心臟。
科學家在分化干細胞時采用的一種常見方法是使用化學刺激。盡管這種方法對于制造一種單一類型的細胞非常有效，但它缺乏復制復雜生物體的能力，在生物體中，多種細胞類型共存并協同形成一個器官。另外，受細胞發育的自然過程啟發，另一種方法涉及將干細胞包裝成小的細胞聚集體或稱為胚狀體的球體。類似于真實的胚胎，類胚體中的細胞間相互作用是分化的主要驅動力。從這些胚狀體的產生，發現諸如胚狀體的細胞數量，大小和球形度的參數影響所產生的細胞的類型。
【4】Sci Adv：3D打印技術有助于大腦膠質瘤的研究
膠質母細胞瘤，尤其是快速生長的惡性腫瘤，其內部組成十分復雜。即使采用激進的治療手段(通常包括手術，放療和化療)，膠質母細胞瘤也難以得到完全清除，因此患者平均生存期僅有11至15個月。
近日，在Science Advance雜志上發表的研究中，倫斯勒大學生物醫學工程教授Xavier Intes等人展示了一種3D打印與高分辨率看成像相結合的研究手段，能夠有效地模擬人體內部膠質母細胞瘤的發生情況。Intes加收說：“已知膠質母細胞瘤的構成非常復雜，而且不同患者引人而異，因此，我們有必要了解膠質母細胞瘤的生物學特性和復雜性。”
【5】Cell Rep：3D打印大腦結構揭示神經回路結構
在最近一項研究中，作者通過開發自動化的3D腦成像數據分析技術提供了對復雜神經回路的空間組織的更可靠和標準化的分析。KAIST研究人員開發了一種用于大腦成像數據分析的新算法，該算法能夠將復雜的神經回路精確定量地映射到標準化的3D模型上。
腦成像數據分析在神經科學研究中必不可少。但是，獲得的大腦成像數據的分析在很大程度上取決于手動處理，這不能保證結果的準確性，一致性和可靠性。常規的腦成像數據分析通常從發現二維的腦圖像開始，該圖像在視覺上與實驗獲得的腦圖像相似。然后，將圖集圖像的感興趣區域(ROI)與獲得的圖像手動匹配，并計算ROI中標記的神經元的數量。
【6】Sci Rep：3D打印技術助理快速個性化治療
為什么同樣的治療對每個患者都不一樣?如何優化藥物的性能而不會因劑量過大而引起副作用?為了回答這些問題，瑞士日內瓦大學(UNIGE)的研究人員設計了一種細胞共培養平臺，以3D形式復制患者的腫瘤結構。科學家們可以用它在腫瘤發展的不同階段測試多種藥物或藥物組合的有效性。相關結果發表在最近的Scientific Reports雜志上。
結腸直腸癌是目前診斷出的第三種最常見的癌癥形式，也是世界上第四大致命癌癥類型。有一系列治療方法，包括化療，但高劑量的化療會引起許多副作用，而且患者通常會產生耐藥性。為了進一步模仿腫瘤的發展過程以及精確衡量藥物的有效性，科學家們已經建立了腫瘤3D培養模型。
【7】JCCT：3D打印有助于預測心臟瓣膜的泄漏
在美國，超過八分之一的75歲及以上的人在心臟中發生中度至重度的主動脈阻塞，通常是由于瓣膜小葉上積聚的鈣化沉積物造成的，并阻止它們完全打開和關閉。許多這些老年患者的健康狀況不足以進行心臟直視手術;相反，他們使用稱為經導管主動脈瓣置換術(TAVR)的手術將人工瓣膜植入其心臟，該手術通過插入主動脈的導管展開瓣膜。然而，這個過程存在挑戰，包括需要選擇完美尺寸的心臟瓣膜，而不是真正看病人的心臟：太小，瓣膜可能會在邊緣移動或泄漏;太大了，閥門可以撕裂心臟，帶來死亡的危險。因此，心臟病專家一直試圖尋找一種“恰到好處”的TAVR瓣膜尺寸。
哈佛大學Wyss生物啟發工程研究所的研究人員創造了一種新穎的3D打印工作流程，允許心臟病專家在實際執行醫療程序之前評估不同瓣膜尺寸與每位患者獨特解剖結構的相互作用。該協議使用CT掃描數據生成個體患者主動脈瓣的物理模型，此外還有“sizer”裝置以確定完美的替換瓣膜尺寸。這項工作是與布萊根婦女醫院，華盛頓大學，馬薩諸塞州綜合醫院和馬克斯普朗克膠體與界面研究所的研究人員和醫生合作完成的，并發表在Journal of Cardiovascular Computed Tomography雜志上。
【8】Cell System：3D打印技術改變篩選抗生素的方法
最近，來自麥克馬斯特大學實驗室開發的一個“小型黑盒子”可以改變科學家尋找新抗生素的方式。印刷熒光成像盒(簡稱PFIbox)能夠收集大量數據，這將有助于Michael G. DeGroote傳染病研究所的研究人員尋求發現新的抗生素。該盒子允許科學家一次分析超過6，000個細菌樣本。
從原理上來講，該工具使用LED燈激發細菌中的熒光蛋白。然后，它將數據無線發送給研究人員，研究細胞隨時間對抗生素的反應。PFIbox的九個結構部件可以在大約一天內進行3D打印，在幾分鐘內拼接在一起，成本約為200美元。
【9】Arch Toxicol：干細胞+3D打印 可用于肝臟移植
來自愛丁堡大學醫學研究委員會(MRC)再生醫學中心的科學家結合干細胞技術與3D打印技術，成功培育出了人源3D肝臟組織，并且在小鼠水平顯示出治療的潛力。科學家表示，除了為開發人體肝臟組織植入物方面進行早期的探索，這一研究還可以通過搭建平臺來研究人類肝臟疾病以及實驗室中的測試藥物的藥效，從而減少對動物研究的需求。
在這項發表在Archives of Toxicology雜志上的研究中，科學家們采集了人類胚胎干細胞并誘導形成多能干細胞(已被誘導轉變為干細胞的成體細胞)，通過定向誘導形成為肝細胞。負責這項研究的愛丁堡大學MRC再生醫學中心的David Hay教授說：“這是有史以來第一次有人在實驗室中將干細胞來源的肝組織體外培育一年多的時間。細胞長時間存活和穩定是非常困難的，但對于在人體中使用則至關重要。“
【10】Adv Materials：3D打印生物工程化血管研究新突破
最近來自BWH的研究者們開發出了一種新型的維管結構制備方法，能夠得到更符合生理要求的血管。這種3D打印技術能夠精細模仿組織的生理特性，例如細胞的成熟以及能否運輸營養物質等。這一技術將能夠被用于進行受損組織的置換。相關結果發表在最近一期的Advanced Materials雜志上。
許多疾病都會造成管道組織的損傷，例如動脈炎、動脈粥樣硬化以及血栓等。此外，泌尿組織也會因為炎癥反應產生損傷。為了制備3D組織材料，研究者們將人體細胞與水溶膠進行混合，水溶膠的化學性質經過了反復的摸索，使其能夠允許細胞的增殖。之后，研究者們將這些混合好的材料注入管道組織3D打印系統，并且通過程序設置使其能夠連續打印三層。當管道打印完畢之后，研究者們經過其它方法驗證了其能夠允許營養物質穿透的特性。
不可否認，3D打印將會在未來醫療中占據著不可磨滅的作用，醫療人員將會利用它給人們帶來更多的福祉。
